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Gigabit Ethernet:




Enviado por tolosa



    Indice
    1.
    Introducción

    2. Alianza Gigabit Ethernet
    (GEA)

    3. Carrier Extension
    4. Packet Bursting
    5. Distribuidor de
    Buffer

    6. Topologías

    1.
    Introducción

    Desde 1970 la Red Ethernet es la
    tecnología
    más representativa de las redes de trabajo. Hay un
    estimado que en 1996 el 82% de todos los equipos de redes eran
    Ethernet. En 1995 el estándar Fast ethernet fue aprobado
    por la IEEE. El Fast Ethernet provisto de un ancho de banda 10
    veces mayor y nuevas características tales como
    transmisión Full-Duplex y auto negociación. Se estableció Ethernet
    como una tecnología escalable. Ahora, el standar Gigabit
    Ethernet es aceptada como una escala
    superior.
    Fast Ethernet fue publicada por un aliancia de consorcio de
    industriales. En Mayo de 1996 se formó la alianza Gigabit
    Ethernet conformada por 11 compañías, poco
    después la IEEE anuncia la formación del 802.3z,
    proyecto del
    estándar Gigabit Ethernet.
    El nuevo estándar Gigabit Ethernet será compatible
    completamente con las instalaciones existentes de redes Ethernet.
    Reteniendo el mismo método de
    acceso CSMA/CD,
    soportará modos de operaciones como
    Full-Duplex y Half-Duplex. Inicialmente, suportará fibra
    mono-modo y multi-modo y cable coaxial
    short-haul.
    Al comienzo, Gigabit Ethernet es aceptada para ser empleada como
    backbone en redes existentes. Estas pueden ser usadas para
    agregar trafico entre clientes y
    "server farms" e interconectando switches Fast Ethernet, estos
    pueden ser usados para interconectar workstation y servidores de
    aplicaciones de alto ancho de banda tales como imágenes
    medicas o CAD.

    2. Alianza Gigabit Ethernet
    (GEA)

    En marzo de 1996, el comité 802 de IEEE
    aprobó el proyecto estándar Gigabit Ethernet
    802.3z. A la vez muchas 54 compañías expresaron el
    interés
    de participar en el proyecto de estandarización, la
    Alianza Gigabit Ethernet fue formada en mayo de 1996 por 11
    compañías: 3Com, Bay Networks, Cisco Systems,
    Compaq Computer, Granite Systems, Intel Corporation, LSI Logic,
    Packet engines, Sun Microsystems Computer Company, UB Networks y
    VLSI Technology.
    La alianza representa un esfuerzo de multi-vendor para proveer
    sistemas abiertos
    e inter-operables de productos
    Gigabit ethernet. Los objetivos de
    la alianza son:

    • Ser una extensión de soporte para las redes
      existentes Ethernet y Fast Ethernet que requieren la demanda de
      un mayor ancho de banda.
    • Proponer el desarrollo
      de técnicas
      para la inclusión en el estándar.
    • Establecer pruebas de
      procedimientos
      y procesos de
      inter-operabilidad.

    Capa Física
    La capa física
    de Gigabit Ethernet esta formada por un mixto o híbrido
    entre las tecnología Ethernet y la Especificación
    de Canales por Fibra ANSI X3T11. Gigabit Ethernet es acepta
    finalmente 4 tipos de medios
    físicos, los cuales son definidos en 802.3z (1000Base-X) y
    802.3ab (1000Base-T)

    1000Base-X
    En el estándar 1000Base-X la capa física es el
    Canal de Fibra. El Canal de Fibra es una tecnología de
    interconexión entre workstation, supercomputadoras,
    dispositivos de
    almacenamiento de información y periféricos. El Canal de Fibra tiene una
    arquitectura
    de 4 capas. La más baja tiene 2 capas FC-0 (Interfaz y
    Medio) y FC-1 (Codificador y Decodificador), estas son usadas en
    Gigabit Ethernet.
    Hay 3 tipos de medios de trasmisión que son incluidos en
    el estándar 1000Base-X:

    • 1000Base-SX: usa una fibra multi-modo,
      850nm.
    • 1000Base-LX: puede ser usada tanto mono-modo y
      multi-modo, 1300mn.
    • 1000Base-CX: usa un cable par trenado de cobre
      (STP).

    Distancias soportadas por los distintos tipos de
    cable:

    100Base-T
    El estándar 1000Base-T de Gigabit Ethernet emplea como
    medio de trasmisión un cable UTP, usando 4 pares de
    líneas de categoría 5 UTP.

    Capa MAC
    La capa MAC de Gigabit Ethernet usa el mismo protocolo de
    Ethernet CSMA/CD. La máxima longitud del cable usado para
    interconectar las estaciones está limitado por el
    protocolo CSMA/CD. Si 2 estaciones detectan el medio desocupado y
    comienzan la trasmisión ocurrirá una
    colisión.
    Ethernet tiene una trama mínima de 64 bytes, la
    razón de tener un tamaño mínimo en la trama
    es para prever que las estaciones completen la trasmisión
    de una trama antes de que le primer bit sea detectado al final
    del cable, donde este puede chocar con otra trama. Sin embargo,
    el tiempo
    mínimo de detección de colisión es el tiempo
    que toma una señal en propagarse por desde un extremo a
    otro del cable. Este tiempo mínimo es llamado Slot Time or
    Time Slot, que es el número de bytes que pueden ser
    trasmitidos en un Time Slot, en Enthernet el Slot Time es de 64
    bytes, la longitud mínima de trama).
    La longitud máxima de un cable en Ethernet es de 2.5 Km
    (con un máximo de 4 repetidores). Como la tasa de bit se
    incrementa hace aumente la velocidad de
    transmisión. Como resultado, si el mismo tamaño de
    la trama y la longitud del cable se mantienen, entonces la
    estación puede también trasmitir una trama a gran
    velocidad y no detectar una colisión al final del otro
    cable. Entonces, una de las siguientes cosas se deben hacer: (i)
    Mantener una longitud máxima del cable e incrementar el
    time slot (y por eso, un tamaño mínimo en la trama)
    o (ii) Mantener un mismo time slot y decrementar la longitud del
    cable o ambos. En Fast Ethernet la longitud máxima del
    cable es reducida a 100 metros, dejando el tamaño de la
    trama en mínimo y el time slot intacto.
    Gigabit Ethernet mantiene los tamaños mínimos y
    máximos de las tramas de Ethernet. Desde que Gigabit
    Ethernet es 10 veces más rápida que Fast Ethernet
    mantiene el mismo tamaño del slot, máxima longitud
    del cable deberá ser reducida a 10 metros, el cual no es
    muy usado. En lugar de ello, Gigabit Ethernet usa un gran
    tamaño del slot, siendo de 510 bytes. Para mantener la
    compatibilidad con Ethernet, el mínima tamaño de la
    trama no es incrementado, pero el "carrier event" es extendido.
    Si la trama es más corta que 512 bytes, entonces agregamos
    símbolos de extensiones. Hay símbolos especiales,
    los cuales no sucede en la carga útil o de valor.

    3. Carrier
    Extension

    Gigabit Ethernet deberá ser inter-operable con
    las redes existentes 802.3. Carrier Extension es una ruta del
    802.3 que mantiene los tamaños de trama máximos y
    mínimos con distancias significativas de cableado.
    Para que el carrier sea extendido dentro de la trama, los
    símbolos de extensión de no-data son incluidos in
    la ventana de colisiones (collision window), que es, la trama
    entera extendida considerada por la colisión y
    caída. Sin embargo, la secuencia de chequeo en la trama
    (FCS, siglas en ingles) es calculada solamente en la trama
    original (sin los símbolos de extensión). Los
    símbolos de extensión son removidos antes que el
    FCS sea chequeado por el receptor. Por lo que la capa LLC
    (Control del
    Enlace Lógico) es ni siquiera avisado de la carrier
    extension.
    En la siguiente gráfica se muestra el
    formato de la trama Ethernet cuando el Carrier Extension es
    usado.

    4. Packet Bursting

    Carrier Extension es una solución simple, pero
    gasta un ancho de banda. 448 bytes de rellenos pueden ser
    enviados en pequeños paquetes.
    Packet Bursting es una extensión de Carrier Extension.
    Packet Bursting es "Carrier Extension más unos paquetes
    agregados" (Brust). Cuando una estación tiene un
    número de paquetes a trasmitir, el primer paquete coloca
    al time slot si es necesario usando carrier extension. Los
    siguientes paquetes son trasmitidos unos detrás de otro,
    con el mínimo intervalo inter-packet (IPG, siglas en
    ingles inter-packet gap) hasta que finalice el tiempo de burst
    (de 1500 bytes). El Packet Bursting sustancialmente incrementa el
    troughput.
    En la siguiente figura se muestra como trabaja el Packet
    Burst

    Gigabit Interfase Independiente del Medio (GMII Gigabit
    Media Independent Interface)
    La GMII es la interfaz entre la capa MAC y la capa física.
    Esto permite que algunas de las capas físicas ser usada
    con la capa MAC. Existe una extensión de la MII (Media
    Independent Interface) usada en Fast Ethernet. Este usa la misma
    interfaz de gestión
    como MII. Este soporta trasmisión de datos de 10, 100
    y 1000 Mbps. Posse separadamente un receptor de 8-bit de ancho y
    un trasmisor que agrega datos, tal que puede soportar
    opoeraciones como Full-Duplex y Half-Duplex.
    Las diferentes capas de la arquitectura del protocolo Gigabit
    Ethernet se muestra en la figura siguiente:

    La GMII posee 2 medios de señales del status: uno
    indica la presencia del carrier y el otro indica la ausencia de
    colisión. La sub-capa de reconciliación (RS,
    Reconciliation Sublayer, siglas en ingles) proyecta estas
    señales a señalización física (PLS,
    Physical Signalling, siglas en ingles) primitivas conocida por la
    sub-capa MAC existente. Con la GMII es posible conectar
    diferentes tipos de medios tales como cable UTP, fibra
    óptica mono-modo y multi-modo, mientras se sigue
    usando el mismo controlador MAC.
    La GMII está dividida en 3 sub-capas: PCS, PMA,
    PMD.

    PCS (Physical Coding Sublayer)
    La PCS es la sub-capa de la capa GMII que provee una interfaz
    uniforme para la reconciliación de capas por todo el medio
    físico. Usa código
    8B/10B empleado por canales de fibra. En estos tipos de
    códigos 8 bits están representados por 10 bits
    "grupos de
    códigos". Algunos grupos de códigos representas
    datos simbólicos de 8 bits. Otros son símbolos de
    control. Los símbolos de extensión usados en el
    Carrier Extension son un ejemplo de símbolos de
    control.
    Las indicaciones de Carrier Sense y Collision Detec son generados
    por esta sub-capa. Esta sub-capa también maneja los
    procesos de auto negociación por el cual la arjeta de Red
    (NIC, siglas en
    Ingles) se comunica con la Red para determinar la velocidad de la
    misma (10, 100 o 1000 Mbps) y el modo de operación
    (half-duplex o full-duplex).

    PMA (Physical Medium Attachment)
    Esta sub-capa provista de un medio independiente por la sub-capa
    PCS para soportar diferentes medios físicos de
    bit-orientados serialmente. Esta capa forma grupos de
    códigos seriales por trasmisión y desambla los
    códigos de grupos seriales cuando los bits son
    recibidos.

    PMD (Physical Medium Dependent)
    Esta sub-capa proyecta el medio físico para la sub-capa
    PCS. Esta capa define la señalización de la capa
    físicas usada por diferentes medios. La MDI (Medium
    Dependent Interface, siglas en inglés), la cual es parte de PMD es
    actualmente la interfaz de la capa física. Esta capa
    define la actual capa física de unión, como los
    conectores de los diferentes medios de
    trasmisión.

    5. Distribuidor de
    Buffer

    Ethernet hoy en día soporta el medio Full-Duplex,
    la capa física como la capa MAC. Sin embargo, este
    todavía soporta operaciones Half-Duplex para mantener la
    compatibilidad. Existen nuevos dispositivo que poseen una
    funcionalidad como el HUB
    (concentreador), que posee un modo de operación
    Full-Duplex, tal dispositivo es llamado por distintos nombres
    como: Buffered Distributor, Full Duplex Repeater y Buffered
    Repeater.

    El principio básico del CSMA/CD es usado como
    método de acceso a la red y no a un enlace. Un Buffered
    Distributor es un multi-puerto repetidor con enlaces
    Full-Duplex.
    A continuación se muestra la arquitectura del Buffered
    Distributor:
    Cada puerto tiene una entrada FIFO queue y una salida FIFO queue.
    Una trama llegando a una entrada queue es trasmitida a todas las
    salidas queues, excepto al puerto por donde está entrando.
    Dentro del distribuidor el CSMA/CD arbitración se hace a
    las tramas de salida queues.
    Las colisiones no pueden ocurrir a lo largo del enlace, la
    distancia restringida no es muy larga. La restricción en
    la longitud del cable es una característica del medio
    físico y no del protocolo CSMA/CD.
    Como los envíos FIFO pueden crecer, el control de flujo
    basado en la trama es usado entre el puerto y la estación
    de envío.
    Este es definido en el estándar 802.3x, el cual ya es
    usado en los switches Ethermet.

    Lo que motiva a desarrollar los Buffered Distributor es
    el costo comparado
    con un Gigabit switch y no como
    una necesidad de acomodar el medio Half-Duplex. El Buffered
    Distributor provee una conectividad Full-Duplex.

    6.
    Topologías

    En esta sección se discuten diferentes topologías en el cual Gigabit Ethernet
    puede ser usado. Gigabit Ethernet es esencialmente un "campo de
    tecnología", que es para usar como un backnbone en
    una red de campo
    ancho, también puede ser usado entre routers, switches y
    concentradores o hub. Además puede ser usado para conectar
    servidores, servers farms y workstation de alto poder.
    Esencialmente 4 tipos de hardware son necesarios para
    actualizar un red existente Ethernet/Fast Ethernet en una red
    Gigabit Ethernet:

    • Una tarjeta de interfaz Gigabit Ethernet
      (NICs)
    • Agregar switches que conecten un número de
      segmentos Fast Ethernet a Gigabit Ethernet.
    • Switches Gigabit Ethernet.
    • Repetidores Gigabit Ethernet (Buffered
      Distributor)

    Actualización en las conexiones server-switch
    Las mejores redes tienen centralizada file server y compute
    server. Un servidor da
    respuestas a un número de clientes, lo cual hace que
    necesite mayor ancho de banda. Conectando servidores a switches
    con Gigabit Ethernet

     

     

     

    Conexión Switch-Sever
    Actualización en las conexiones Switch-Switch
    Otra actualización se encuentra en las conexiones entre
    los switches Fast Ethernet y los switches de 100/1000 de Gigabit
    Ethernet. Ver la figura a continuación:

     

    Actualización del backbone Fast Ethernet
    Un Backbone Fast Ethernet podemos encontrar multiples switches
    10/100 Mbps. Este puede ser actualizado o sustituido por un
    switche Gigabit Ethernet siempre y cuando soporte multiples
    switches 100/1000 Mbps así como routers y concentradores o
    hubs que tienen interfaces Gigabit Ethernet. Una vez que el
    backbone ha sido actualizado, servidores de alto funcionamiento o
    arquitectura robusta pueden ser conectados directamente al
    backbone. Este incrementará el troughtput para
    aplicaciones que requieren mayor ancho de banda.

    Actualización del backbone
    Actualizando el backbone compartido del FDDI
    El FDDI es una estructura
    tecnológica de backbone. Un backbone FDDI puede
    actualizarse remplazando concentradores FDDI o routers Ethernet a
    FDDI por switches o repetidores Gigabit Ethernet.

    Actualización de un backbone FDDI
    Actualizando el alto funcionamiento de una estación de
    trabajo o Workstation
    Las estaciones de trabajos son cada día más y
    más poderosas y necesitan conectarse a redes de grandes
    ancho de banda. Actualmente una Workstation pueden trasmitir por
    el bus más
    de 100 Mbps. Gigabit Ethernet puede ser conectado a estas
    estaciones de trabajo de altas velocidades.

    Actualización para el alto funcionamiento de las
    estaciones de trabajo

     

     

     

     

     

    Autor:

    Ing. Leonardo Tolosa Rodríguez

    C.I. 14.482.604
    Fuente: Dpto. de Ciencias de la
    Computación, Universidad de
    Ohio

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