電腦網路與連結技術第九章 Gigabit Ethernet 網路 上一頁    下一頁

9-5  10 Gigabit Ethernet 網路簡介

內容:

  • 9-5-1 10 Gigabit Ethernet 網路規範

  • 9-5-2 10 Gigabit Ethernet 基本原理

  • 9-5-3 10 Gigabit Ethernet 協定堆疊

  • 9-5-4 10 Gigabit Ethernet 實體層

9-5-1 10 Gigabit Ethernet 網路規範

隨著 Ethernet 網路應用的廣泛,我們期望 Gigabit Ethernet 網路更進一步的發展。IEEE 802.3ae 2002 年正式公佈 10 Gigabit Ethernet 的標準規範,也讓 10 Gigabit Ethernet 正式導入市場應用。目前正由 10GEA 聯盟(10 Gigabit Ethernet Alliance)積極推動之中。首先,我們來看 10 Gigabit Ethernet 的標準規範:

  • 傳輸速率為 10000 Mbps

  • 訊框格式為 IEEE 802.3 CSMA/CD 訊框,並合乎 CSMA/CD 最小訊框(64 Bytes)和最大訊框(1518 Bytes)長度限制。

  • 不提供半雙工之 CSMA/CD 運作模式,因此沒有碰撞偵測時槽的限制。

  • 一律採用全雙工交換器作訊框交換傳輸中心。

  • 一律採用光纖纜線為傳輸媒介,不提供雙絞線或同軸電纜之傳輸媒介。

  • 分別提供區域網路和廣域網路連結介面,使 10Gigabit Ethernet 具有廣域網路傳輸能力。

  • 能相容於現有 10 Mbps100 Mbps 1000 Mbps 網路中運作,不需額外裝置轉換連接。完全合乎 CSMA/CD 協定標準。

  • 目前規範不提供端點線,只提供傳輸骨幹連線使用。

9-5-2 10 Gigabit Ethernet 基本原理

IEEE 802.3z 的規範上,為了將傳輸速率提高至 1000 Mbps,並能合乎『載波感出多重存取附碰撞偵測』(CSMA/CD之半雙工傳輸模式;同時也為了能符合最小訊框限制及 EIA-568-A 的佈線標準,使用訊爆方式以增加訊框停留在傳輸媒介上的時間,才能維持 205 公尺的傳輸距離。如果在 10 Gigabit Ethernet 網路上利用這種方式來提高傳輸距離,幾乎不可行。還好目前交換設備技術層次提高,因此,10 Gigabit Ethernet 網路捨棄原來半雙工的 CSMA/CD 運作模式,而一律採用交換式的傳輸模式。當訊框進入交換器後,交換器依照它的目的位址轉送到適當的埠口上,其中運作模式並不涉及 CSMA/CD 通訊協定。以全雙工的運作模式,在製作方面反而比半雙工的運作模式較為容易,而且連結現有的 10 Mbps100 Mbps 1000 Mbps 也不必額外的轉換,因為它完全合乎 CSMA/CD 協定標準。

當傳輸速率提高到 10 Gigabit 時,它應用層次已不再侷限於端點使用,而大多使用於傳輸骨幹上。因此,10 Gigabit Ethernet 提出兩種應用環境:區域網路傳輸骨幹(10Gbase-R)和廣域網路傳輸骨幹(10Gbase-W)。另外為了能讓現有的 Gigabit Ethernet 網路直接提昇至 10 GigabitIEEE 803.3ae 也提出 10Gbase-X 架構;對於傳輸媒介上的考慮,10 Gigabit 捨棄雙絞線和同軸電纜,而一律採用光纖纜線。至於區域網路可使用較便宜的多模光纖;廣域網路則採用傳輸距離較遠的單模光纖纜線。為了能即時進入廣域網路環境的應用,在實體層方面則採用目前使用最廣泛的 SONET/SDH 傳輸模式。

9-5-3 10 Gigabit Ethernet 協定堆疊

9-17 10 Gigabit Ethernet 通訊協定堆疊,其連線主要有三種型態:10GBase-R 為區域網路通訊架構;10GBase-W 為廣域網路架構;10Gbase-X 是直接由 Gigabit Ethernet1000Base-X)提昇的通訊結構。其內容包含如下:

  • 調節次層(Reconciliation Sublayer, RS提供 MAC 層和 10 Gigabit 實體層之間的訊號轉換。

  • 10 Gigabit 媒介獨立介面(10 Gigabit Medium Independent Interface, XGMII10 Gigabit 網路傳輸訊號的轉換介面。

  • 實體編碼次層(Physical Coding Sublayer, PCS10 Gigabit 提供兩種編碼方式,64B/66B 為區域網路和廣域網路的編碼技巧;而 8B/10B10GBase-X)為 Gigabit 網路(1000Base-X)延伸擴充使用。

  • 廣域網路介面次層(WAN Interface Sublayer, WIS:此層為選項增加(Option),如應用在廣域網路上(10Gbase-W)就必須加入 WIS 次層,主要功能是將訊框整形,而使其合乎 SONET/SDH 傳輸型態。

  • 實體媒體銜接(Physical Medium Attachment, PMA依照不同的傳輸媒介的介面銜接不同接續端子。實體媒體相關介面(Physical Medium Dependent, PMD):針對不同傳輸媒介的介面裝置。

9-17 10Gigabit Ethernet 協定堆疊

10 Gigabit Ethernet 工作小組為了提高各種傳輸模式(10Gbase-R10GbBase-W 10Gbase-X)之間的互通性,而提出『XAUI』的介面模式。XAUI 中的 X 為羅馬數字的 10,代表 10 Gigabit 的意思;AUI 是借用標準 Ethernet 『銜接單元介面』(Attachment Unit InterfaceXAUI 主要是提出一個介面標準,讓製造晶片廠商可以設計出晶片和晶片之間(Chip-to-Chip)的介面,如圖 9-18 所示。透過 XAUI 的連接介面,我們可以選用 10GBase-R10GBase-W 10GBase-X 的元件連接,對於網路的變通性(flexible)也較高。

XGMII 輸出 72 條(雙向的 32 位元資料線和其他控制訊號)的訊號,經過 XGXSXAUI Extender Sublayer)轉換成四條串列輸出的 XAUI 介面。因此,XAUI 是屬於低介面數的自調時序串列匯流排(self-clocked serial bus)。XAUI 如果被用在 Gigabit 網路的發展延伸,每一條序列線道(serial lane),必須提供原來 2.5 倍的傳輸速率,並且選用 8B/10B 編碼系統,才能將整個傳輸速率提高十倍。XAUI 如果被用於廣域網路連接模組,必須增加 WIS 次層模組,其透過 16 位元之並行傳輸介面(XSBI)連接到 PMA 次層。

9-18 XAUI 擴充介面於 MAC PCS 之間

9-5-4 10 Gigabit Ethernet 實體層

IEEE 802.3ae 在規格建議書上選擇五種傳輸媒介,如表 9-4 所示。在廣域網路上,工作小組選擇 1310 nmnanometer)序列式光纖的傳輸距離可達 2 公里到 10 公里(單模傳輸,SMF);另外選用 1550 nm 之單模傳輸可達 40 公里,這兩種實體模式基本上都符合大都會網路應用。另外多模光纖使用 850 nm 1310 nm 的傳輸距離為 65 公尺與 300 公尺,也能符合區域網路的傳輸骨幹使用。

在光纖傳輸方面,工作小組選擇兩種版本,一為『寬波分割多工模式』(Wide Wave Division Multiplexing, WWDM),其主要應用於 1310 nm 光纖纜線的單模或多模傳輸,傳輸最遠可達 10 公里。另一為『序列式』(Serial)傳輸模式,可應於 1310 nm 1550 nm 的光纖纜線上的單模傳輸。

9-4 10Gigabit Ethernet 的光纖傳輸規格

PMD

(Optical Transceiver)

Type of

Fiber Supported

Target Distance

(Meters)

850 nm serial

Multi Mode

65

1310 nm WWDM

Multi Mode

300

1310 nm WWDM

Single Mode

10,000

1310 nm serial

Single Mode

10,000

1550 nm serial

Single Mode

40,000

LAN PHY WAN PHYPHYsical Layer 都建構在共通的 PMD 層次上(如圖 9-8 所示),基本上兩者都提供相同傳輸速率。但是 10 Gigabit LAN PHY 為能在 Gigabit 網路上擴充,得配合現有的 8B/10B 編碼,所以必須採用光纖交換方式才能達到該傳輸速率。在 WAN PHY 方面是採用目前使用最廣泛的 SONET/SDH 傳輸網路,為了配合 SONET 的傳輸模式,WAN PHY 傳輸速率只能達到 9.29 Gbps。又 10 Gigabit Ethernet 的實體層保留原有之非同步傳輸模式,當訊框資料填入同步傳輸的 SONET 訊框時,必須每個字元的位元串列之中加入時脈同步訊號。因此,網路上的集線器、路由器、或交換器都必須具有重新定時(re-time)、重新同步(re-synchronize)之功能(如圖 9-18 所示),以避免接收端和傳送端之間時序的不同步。LAN PHY WAN PHY 的協定堆疊的製作方式如圖 9-19 所示。

9-19 10Gigabit Ethernet 之實體層

 

翻轉工作室:粘添壽

 

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