światłowodowej sieci LAN 10BaseF i 100BaseFX · Lokalna sieć komputerowa (LAN) jest systemem przekazywania danych wykorzystywanych do łączenia komputerów i stowarzyszonych z

Ethernet optyczny - przykład

światłowodowej sieci LAN

10BaseF i 100BaseFX

Prezentacja zawiera kopie folii omawianych na wykładzie. Niniejsze opracowanie chronione jest prawem autorskim. Wykorzystanie niekomercyjne dozwolone pod warunkiem podania źródła.

© Sergiusz Patela 2000 - 2001

(c) Sergiusz Patela 1998-2002 Światłowodowe sieci LAN 2

Definicja sieci lokalnej

(wg. IEEE)Sieć lokalna (LAN) jest to system umożliwiający bezpośrednią komunikację wielu niezależnych urządzeń rozmieszczonych na stosunkowo niewielkim obszarze za pośrednictwem fizycznych kanałów komunikacyjnych o umiarkowanej prędkości.

Inna definicja:Lokalna sieć komputerowa (LAN) jest systemem przekazywania danych wykorzystywanych do łączenia komputerów i stowarzyszonych z nimi urządzeń rozmieszczonych na niewielkim obszarze.


Ethernet a klasyfikacja sieci komputerowych

1. LAN - Local Area Network

Ethernet, wszystkie rodzaje. Stosowane aktualnie

2. MAN - Metropolitan Area Network

GB Ethernet. Pierwsze próby. Szersze stosowanie w przyszłości

3. WAN - Wide Area Network

10 GB Ethernet. W przyszłości, po ustaleniu standardu, może

pojawić się jako jeden z protokołów sieci WDM dalekiego zasięgu.


Zasada działania i podstawowe pojęcia

Podstawowymi pojęciami koniecznymi do opisu komunikacji w sieciach i

między sieciami jest protokół (protocol) i warstwa (layer). Inne pojęcia:

ramka, metoda dostępu, kodowanie.

Protokół to zbiór reguł określających jak należy przygotować dane do

przesłania, jak nawiązać komunikację, kontrolować przesyłanie

wiadomości itd. Protokoły podlegają standaryzacji.

Opis protokołu - Model odniesienia OSI (Open System Interconnection)

przyjmuje warstwową strukturę protokołów. Dla komputerów

połączonych w sieci "warstwy" komunikują się pomiędzy sobą


Technologie sieci LAN

1. Ethernet (IEEE 802.3)

2. Token Ring (IEEE 802.5)

3. FDDI (Ansi X3T12,

ISO-IEC 9314)

4. Fibre Channel,

ATM...


Światłowody w sieciach komputerowych

1. Ethernet (802.3)

Ethernet (10Base-F )

Fast Ethernet (np. 100Base-TX, 100Base-FX)

Gigabit Ethernet (1000Base-SX, 1000Base-LX)

10 Gigabit Ethernet

2. Token Ring (802.5)

3. FDDI

4. Fibre Channel


Ethernet

Rysunek zaprezentowany przez jednego z wynalazców sieci Ethernet, dra Roberta M. Metcalfa (czerwiec 1976, National Computer Conference)


Podstawy działania sieci Ethernet (1): protokół CSMA/CD (metoda dostępu do medium)

� Metoda dostępu do medium CSMA/CD: Przed przystąpieniem do transmisji stacja

czeka na moment, gdy żadna inna stacja nie nadaje wiadomości. Wysyła wtedy

własną wiadomość. Bez przerwy nasłuchując sprawdza, czy w sieci nie nastąpiła

kolizja z wiadomością wysłaną przez inną stację - jeśli tak, nadaje sygnał

informujący wszystkich o kolizji, wstrzymuje się z nadawaniem na krótki, losowo

określony przedział czasu a następnie ponawia próbę przesłania wiadomości.

� Rozmiar wysyłanej ramki zależy od szybkości transmisji sygnałów w sieci (rodzaj

kabla) oraz jej długości. Maksymalna długość ramki wynosi 1518 bajtów, a

minimalna - 64

� Podstawowa zasada działania sieci CSMA/CD opiera się na założeniu, że nadająca

stacja przed zakończeniem transmisji musi otrzymać informację o wystąpieniu

kolizji sygnałów nawet od najdalej położonej stacji.


Podstawy działania sieci Ethernet (2): struktura i konfiguracja

Warstwa fizyczna:Kabel (koncentryczny, skrętka, światłowodowy), transmisja w pasmie podstawowym (=cyfrowa) z zastosowaniem kodu Manchester

Kod Manchester (Manchester encoding): zmiana napięcia w środku przesyłanego bitu (1 = od wyższego do niższego, 0 = od niższego do wyższego).

W stacji znajduje się karta kontrolera sieciowego połączona z przekaźnikiem (MAU). Zadania przekaźnika: transmisja i odbieranie bitów, kontrola sieci i wykrywanie nadawanych ramek, śledzenie kolizji.

Warstwa łącza danychZadania: zarządzanie dostępem do sieci, kodowanie danych, zmiana postaci pakietu (dodanie bitów synchronizacji i ograniczników ramki)


Kodowanie sygnałuKodowanie sygnału ma zadanie zwiększyć odporność transmisji na szum.

Przykłady:

FDDI stosuje kodowanie 4b/5b NRZI (Non-Return to Zero Invert on ones) o szybkości modulacji 125 Mb/s (bodów) dla osiągnięcia szybkości transmisji danych100 Mb/s.

Ethernet stosuje kodowanie Manchester o szybkości modulacji 20 Mb/s (bodów) dla osiągnięcia szybkości transmisji danych 10 Mbit/s.

High

0 0 0 0 01 1 1 1 1 1Low

0

time

Clock

NRZ - used by PCBinary 1 = highBinary 0 = low

NRZ - used in combination with 4b/5b by FDDIBinary 1 = transitionBinary 0 = no transition

Manchester - used by EthernetBinary 1 = high to low transitionBinary 0 = low to high transition


Format ramki Ethernet

Destination Service Access Point (DSAP)

Source Service Access Point (SSAP)

Preambuła Adres przeznacz

Adres źródła

Typ/ Długość LLC Dane CRC

Wytwórca Użytkownik DSAP SSAP Kontrola


Warianty sieci Ethernet 10 Mb/s - różne media i formy transmisji

10Base5 - kabel koncentryczny (żółty), transmisja w paśmie podstawowym, maksymalne długość segmentów 500 m, 10 Mbit/s .Gruby Ethernet, 100 stacji, min. odległość 2.5 m.10Base2 - kabel koncentryczny (RG58A/U) transmisja w paśmie podstawowym, maksymalna długość segmentów do 185 metrów, 10 Mbit/s. Cienki Ethernet, 30 stacji co 0.5 m (min.)10Base-T - skręcona para przewodów (kabel symetryczny), maksymalna długość segmentów do 500 metrów; prędkość transmisji 10 Mbit/s1Base5 - skręcona para przewodów, maksymalna długość segmentów do 500 metrów, 1 Mbit/s10Broad36 - kabel koncentryczny (RG59/U CATV), transmisja szerokopasmowa, maksymalna długość segmentów do 3600 metrów, prędkość transmisji 10 Mbit/s10Base-F - światłowody (w tym sieć pasywna); prędkość transmisji 10 Mbit/s


Warianty sieci Ethernet - różne szybkości transmisji

•100BASE-TX: wysokiej jakości skrętka (dwie pary drutów)•100BASE-T4: cztery pary drutów standardowej jakości •100BASE-FX: kabel światłowodowy standard 802.3u• Gigabit Etherent standard (802.3z)• 10 Gigabit Ethernet Standard IEEE 802.3ae


Ethernet - warianty światłowodowe

10Base F

10Base-FL Łącze światłowodowe - asynchroniczne

10Base-FB Sieć rdzeniowa (backbone) - łącze synchroniczne

10Base-FP Gwiazda pasywna


Łącze sieci 10Base FL, 10Base FB

Przykładowy segment sieci FL (fiber link) i FB (fiber backbone)

MAU

MDI

Gniazdko naścienne

Kabel DuplexPatch panel

MDI

MAU

Segment światłowodowy


10BASE-FL - Ethernet na łączu światłowodowym

Pełna izolacja galwaniczna - ważne przy łączach międzybudynkowych, 10x zwiększony zasięg

10 Base FL Fiber Optic Repeater Hub FO link to another FO hub

Ethernet interface 15-pin AUI

connector

10Base-FL segment (2000 meter maximum)

10Base-FL FOMAU

FOM

AU

FOM

AU

FOM

AU

TX RX TX RX TX RX

TX R

X

AUI CableDTI

� FO - fiber optic

� DTI - data terminal equipment

� AUI - attachment unit interface

� MAU - medium access unit

� TX - transmitter

� RX - receiver


10Base-F Moc sygnału optycznego

Moc źródła* (nowy nadajnik) we włóknie 62,5µm NA 0,275: -12dBm ±2dBm

Maksymalna degradacja źródła 3dB.

Dopuszcza się zmiany ±1dB związane z zastosowaniem różnego rodzaju włókien światłowodowych (np. 62,5/125, 50/125)

Wniosek: minimalna moc źródła = -12 -2 -3 -1 = -18dBm (minimalna moc początkowa -15dBm)

maksymalna moc źródła = -12 +2 +1 = -9 dBm

* moc maksymalna (the peak optical power)

Wartości mocy dotyczą ustalonego rozkładu pola modów. Dla łączy krótszych niż 1÷5m konieczne jest stosowanie tłumików lub striperów modów w celu usunięcia modów płaszczowych.


10Base-F Możliwości stosowania różnych światłowodów

Ethernet dopuszcza stosowanie różnych rodzajów światłowodów (w standardzie wymieniono 62,5/125, 50/125, 80/125, 100/140). Warunkiem jest, aby czułość odbiornika zawiera się w zakresie -27 ÷ -9 dBm.

Pasmo łącza ≥ 150MHz (1km, 850nm)

Ogólne zalecenie w odniesieniu do łącza światłowodowego:

1. Pasmo łącza ≥ 150MHz

2. Tłumienie łącza ≤ 9dB


10Mb/s Ethernet - stary i nowy segment światłowodowy

W pierwszej wersji ~1980 zakładano, że Ethernet będzie używany tylko do łączenia koncentratorów (repeaterów). Stworzony standard FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) dopuszczał segmenty 1000m tylko pomiędzy repeaterami.

Zwiększenie popularności światłowodów doprowadziło do utworzeniastandardu 10BASE-F opisującego różne aspekty stosowania światłowodów w 10Mb Ethernecie.

10BASE-FL (zastąpił FOIRL) dopuszcza segment światłowodowy o zasięgu do 2000m (jeżeli mieszamy standardy FOIRL i 10BASE-FL to zasięg <1000m). Światłowodami można łączyć 2 komputery, 2 repeatery lub komputer z repeaterem.

10BASE-FB System sygnalizacji pozwalający umieścić w systemie ponad-standardową liczbę repeaterów. Segment maks. 2000m.

10BASE-FP Światłowodowa sieć pasywna. Segment do 500m, rozgałęziacz (gwiazda pasywna) może łączyć do 33 komputerów.


Światłowodowa sieć pasywna (PON)

Unicast

Multicast

Rozgałęziaczpasywny

Stacjarobocza


Światłowodowa sieć pasywna 10Base FP

MAU

MDIGniazdko naścienne MDI

MAU

Patch panel

Gwiazda pasywna

Segment światłowodowy

Gniazdko naścienne


10Mb/s Ethernet po światłowodzie - medium transmisji

� Światłowodowy kabel wielomodowy (62,5/125).

� Dwa włókna, jedno do transmisji, drugie do przyjmowania danych.

� λ - 850 nm.

� Światłowodowe złączki ST (stnd. ISO/IEC "BFOC/2.5.�).

� Maksymalne całkowite straty linii 12,5 dB. Otrzymywany poziom mocy rejestrowany przez MAU

� Segment (10Base-FL) do 2000m.

Uwaga (dodatkowa opcja przewidziana normą): dla światłowodu jednomodowego zasięg 25 km.


10 Base-F, MDI. Parametry nadajnikaParametr Jedn. 10BASE-FP 10BASE-FB 10BASE-FLDługość fali�min.�max.

nmnm

800910

800910

800910

Szerokość spektralna (FWHM) nm <75 <75 <75Współczynnik modulacji dB =<13 =<13 =<13Spoczynkowy sygnał optyczny (amplituda) dBm =<57Czas narostu i opadania sygnału optycznego�max.(dane)�min.(dane)�max. różnica (dane)�max.(spoczynkowe)�min.(spoczynkowe)�max. różnica (spoczynkowe)

nsnsnsnsnsns

1023N/AN/AN/A

10031003

100325025

Impuls optyczny�overshoot�undershoot

%%

55

2510

2510

Impuls optyczny � jitter krawędzi�dodatkowy, obwód DO do MDI�całkowity na MDI (dane)�całkowity na MDI (dane)

nsnsns

N/A±1N/A

N/A±2±2

±2±4N/A

Dystorsja cyklu pracy impulsu optyczny�dane�dystorsja

nsns

±1N/A

±2.5±2.5

±2.5±50.0

Średnia moc nadajnika optycznego�min.�max.

dBmdBm

�15�11

�20�12

�20�12


10 Base-F, MDI Parametry odbiornika

Parametr Jedn. 10BASE-FP 10BASE-FB 10BASE-FLŚrednia moc optyczna na odbiornika�min.�max.

dBmdBm

�41�27

�32.5�12.0

�32.5�12.0

MAU jitter krawędzi impulsu optycz. (dane)�rejestrowany na MDI�dodany, MDI do obwodu DI�całkowity dla obwodu DI (MAU AUI)

nsnsns

±4.5N/AN/A

±2.0N/A±6.5

±6.5±8.5±15.0

Czasy narostu i opadania impulsu optyczn.�max.(dane)�min.(dane)�max. różnica (dane)�max.(spoczynkowe)�min.(spoczynkowe)�max. różnica (spoczynkowe)

nsnsnsnsnsns

18.52.03.0N/AN/AN/A

31.50.03.031.50.03.0

31.50.03.041.00.025.0


100Base-FX 100Mb/s Ethernet na łączu światłowodowym

100Base-Fx Ethernet Interface

DTE

TX RX TX RX TX RX

IIFO link to another FO station or repeater hub

Class II 100Base-FX Fiber Optic Repeater Hub

SC, ST or FDDI Fiber Optic Connector

DTE - Data Terminal Equipment


100Mb/s Ethernet - medium transmisji

� Wielomodowy kabel światłowodowy 62,5/125

� Długość odcinka do 412m - wynika z czasu obiegu pakietu (round trip timing)

� λ - 1350nm

� straty w linii <11dB

� dopuszczalne 3 rodzaje złączek:

� rekomendowana - dupleks SC, FDDI Media Interface Connector(MIC) typu M, ST

� Kontrola łącza (oparta na standardzie sygnalizacji ANSI FDDI) - ciągła transmisja sygnału kontrolnego, nawet przy braku ruchu w sieci.

Uwag (dodatkowe opcje przewidziane normą)i: standardowy zasięg 412m przy pół-dupleksie (hd), przy ful-dupleksie (fd) zasięg 2 km. Na włóknie jednomodowym dopuszczalny zasięg 20 km.


100Base-FX Repeatery

Dopuszcza się dwie klasy repeaterów: I i II. Powinny być oznaczone rzymskim I lub II w kole.

Klasa I - bardziej odporna na niekontrolowane opóźnienia. W repeaterze następuje odczytanie sygnału przed ponowny wysłaniem do linii. Repeatery tj klasy umożliwiają tworzenie sieci z segmentów korzystających z różnych systemów sygnalizacji, np.. 100BaseFX/TX (światłowód/UTP kat. 5 lub STP, 2 pary) i 100Base-T4 (UTP kat. 3, 4, 5, 4 pary).Jeżeli jeden repeater klasy I łączy dwa segmenty - długość segm. < 272m

Klasa II - sygnał jest przesyłany do portów bez translacji. W segmentach nie można mieszać linii o różnych systemach sygnalizacji. Jeżeli jeden repeater klasy II łączy dwa segmenty - długość segm. < 350mJeżeli łącze tworzą dwa repeatery kl. II - długość segmentu <228m


Ethernet - porównanie różnych wersji i mediów

Ethernet Fast Ethernet GigabitEthernet*

Szybkośćtransmisji

10 Mb/s 100 Mb/s 1 Gbit/s

Cat. 5 UTP 100 m 100 m 100 m

STP/Coax 500 m 100 m 25 m

Światłowódwielomodowy

2 km 412 m (hd)**,2km (fd)*

550 m

Światłowódjednomodowy

25 km 20 km 5 km

IEEE spec. * ful duplex, ** half duplex


GB Ethernet IEEE 802.3Z

Standard Ethernet i Fast Ethernet podaje maksymalną tłumienność linii. Dla GB Ethernetu podaje się dodatkowo tłumienność odbiciową.

Wymagana tłumienność odbiciowa (ORL) 20 dB dla MM i 26 dB dla SM (jednak zaleca się odpowiednio 30 i 40 dB).


Lokalne sieci światłowodowe - zalecenia konfiguracji elementów optoelektroniki (1)

Zastosowanie BaudRate

Mbaud

Poziome< 100 M

Media TX

Budynek< 300 m

Media TX

Campus< 2,000 m

Media TX10BaseF 20 MM S MM S MM S

Token Ring 32 MM S MM S MM S

100VG-AnyLAN

120 MM S MM S MM LE

100BaseF 125 MM S MM S MM LE

1000Base-SX 1250 MM SL MM SL

1000Base-LX 1250 MM LL MM LL SM LL

FDDI 125 MM S MM S MM LE

S � 850nm LED, SL � 850nm LD, LE � 1300nm LED; LL � 1300nm LDBy Fiber Optics LAN Section (FOLS) of the Telecommunications Industry Association (TIA)

Documents

światłowodowej sieci LAN 10BaseF i 100BaseFX · Lokalna sieć komputerowa (LAN) jest systemem przekazywania danych wykorzystywanych do łączenia komputerów i stowarzyszonych z