2. Ngày hoàn thành đồ ỏn: / /20
2.2.4. Cụng nghệ Ethernet quang (Gigabit Ethernet GbE)
Do chi phớ thấp, độ tin cậy đó thử thỏch trong nhiều năm, việc cài đặt và bảo trỡ tương đối đơn giản, nờn Ethernet ngày càng được sử dụng nhiều trong cỏc hệ thống mạng. Để đỏp ứng yờu cầu về tốc độ, Ethernet đó thớch ứng để xử lý nhiều tốc độ nhanh hơn cũng như những yờu cầu về dung lượng đi kốm theo chỳng.
Chuẩn Gigabit Ethernet cú thể sử dụng để mở rộng dung lượng LAN tiến tới MAN và thậm chớ cả đến cả WAN nhờ cỏc Card đường truyền Gigabit trong cỏc bộ định tuyến IP; những Card này cú giỏ thành rẻ hơn 5 lần so với Card đường truyền cựng dung lượng sử dụng cụng nghệ SDH. Nhờ đú, Gigabit Ethernet trở nờn hấp dẫn trong mụi trường Metro để truyền tải lưu lượng IP qua cỏc mạch vũng WDM hoặc thậm chớ cho cả cỏc tuyến WDM cự ly dài.
Với mạng Ethernet tốc độ bit thấp (vớ dụ 10Base-T hoặc 100Base-T) sử dụng kiểu truyền hoàn toàn song cụng, ở đõy băng tần truyền dẫn hiệu dụng được chia sẻ giữa tất cả người sử dụng và giữa hai hướng truyền dẫn. Để kiểm soỏt sự truy nhập vào băng tần chia sẻ cú thể sử dụng cụng nghệ CSMA-CD (carrier-sensing multiple-access with collision detection). Điều này sẽ làm giới hạn kớch thước vật lý của mạng vỡ thời gian chuyển tiếp khụng được vượt quỏ “khe thời gian” cú độ dài khung nhỏ nhất (chẳng hạn 512 bit đối với 10Base-T và 100Base-T). Nếu tốc độ bit là 1Gb/s mà sử dụng độ dài khung nhỏ nhất 512 bit thỡ mạng Ethernet chỉ đạt chừng 10m vỡ thế độ dài khung tối thiểu trong trường hợp này được định nghĩa bằng 4096 bit cho Gigabit Ethernet. Điều này hiện làm giới hạn kớch thước mạng trong phạm vi 100m. Tuy nhiờn, kiểu hoàn toàn song cụng vẫn hấp dẫn trong mụi trường Gigabit Ethernet.
Chuẩn Ethernet 10 Gigabit khỏc biệt với cỏc chuẩn Ethernet trước đõy ở một số điểm như chỉ được thực hiện trờn cỏp sợi quang và chỉ hoạt động trong chế độ song cụng toàn phần (fullduplex mode). Với Ethernet 10 Gigabit, cỏc giao thức phỏt hiện xung đột là khụng cần thiết. Hiện nay, Ethernet cú thể xử lý cho đến 10 Gbit/s trong khi vẫn bảo đảm duy trỡ cỏc thuộc tớnh Ethernet cơ bản như định dạng gúi tin và cỏc khả năng hiện cú và cú thể dễ dàng chuyển sang chuẩn mới.
Chuẩn Ethernet 10 Gigabit mở rộng cỏc giao thức chuẩn IEEE 802.3ae* lờn tới tốc độ đường truyền là 10 Gbit/s và mở rộng phạm vi ứng dụng của Ethernet như bao gồm cả cỏc liờn kết tương thớch WAN. Chuẩn Ethernet 10 Gigabit cho phộp tăng băng thụng đỏng kể trong khi vẫn duy trỡ khả năng tương thớch tối ưu với nền tảng đó được cài đặt của cỏc giao diện chuẩn 802.3, bảo toàn vốn đầu tư trước đú trong nghiờn cứu, phỏt triển và duy trỡ những nguyờn tắc đang tồn tại của hoạt động và quản lý mạng.Dưới mụ hỡnh OSI (Open Systems Interconnection), về cơ bản Ethernet nằm ở giao thức lớp 1 và lớp 2. Ethernet 10 Gigabit vẫn giữ lại kiến trỳc Ethernet cơ bản, bao gồm giao thức MAC, định dạng khung Ethernet và kớch thước tối thiểu và tối đa của khung. Đỳng như Ethernet Gigabit, 1000BASE-X và 1000BASE-T, tiếp nối mụ hỡnh Ethernet chuẩn, Ethernet 10 Gigabit tiếp tục cuộc cỏch mạng Ethernet về mặt tốc độ và khoảng cỏch, trong khi vẫn giữ lại kiến trỳc Ethernet đó được sử dụng trong cỏc đặc tả Ethernet khỏc. Từ khi Ethernet 10
Gigabit là cụng nghệ chỉ chạy full-duplex (song cụng toàn phần), nú khụng cần đến giao thức CSMA/CD được sử dụng trong những cụng nghệ Ethernet trước đú (ở một vài khớa cạch nào đú, Ethernet 10 Gigabit tương xứng với mụ hỡnh Ethernet nguyờn thuỷ).
Hỡnh 2.16: Kiến trỳc mạng Ethernet 10 Gigabit
Tại lớp vật lý (lớp 1 của mụ hỡnh OSI), một thiết bị lớp vật lý Ethernet (PHY) kết nối mụi trường truyền là cỏp quang hay cỏp đồng với lớp MAC thụng qua một cụng nghệ ghộp nối (xem Hỡnh 2.16).
WWDM (Wide-Wavelength Division Multiplexing): Một kỹ thuật được sử dụng để truyền hiệu quả nhiều bước súng (vớ dụ cỏc màu của ỏnh sỏng) từ nhiều nguồn la-de đi qua một sợi quang. Mỗi một nguồn la-de sẽ được xỏc định kớch cỡ để gửi một bước súng quang duy nhất.
Ngoài ra, kiến trỳc Ethernet chia lớp vật lý thành ba lớp con là PMD (Physical Medium Dependent), PMA (Physical Medium Attachment) và PCS (Physical Coding Sublayer). Cỏc PMD cung cấp kết nối vật lý và bỏo hiệu cho mụi trường truyền; vớ dụ cỏc mỏy thu phỏt quang (optical transceiver) là cỏc PMD. PCS bao gồm mó hoỏ (vớ dụ như 64B/66B) và một serializer hay multiplexor (bộ dồn kờnh). Chuẩn IEEE 802.3ae* định nghĩa hai kiểu PHY: PHY LAN và PHY WAN.
XAUI được thiết kế như một giao diện mở (một vớ dụ là giao diện XGMII), XGMII là giao diện mở rộng tới 74 tớn hiệu (32bit đường dữ liệu), cú thể sử dụng
WWDM PMD 1310nm Serial PMD 850nm Serial PMD 1310nm Serial PMD 1550nm WWDM LAN PHY 1310nm
Serial LAN PHY 64B/66B Serial PMD 850nm Serial PMD 1310nm Serial PMD 1550nm Serial WAN PHY
64B/66B + WIS 10Gb Media Independent Interface (XGMII) or
10Gb Attachment Unit Interface (XAUI) Full Duplex 802.3 Media Access Control (MAC)
để đớnh kốm Ethernet MAC vào lớp vật lý PHY, đõy là giao diện mở giữa MAC và PCS. XAUI cú mức cụng suất thấp, bus chuỗi tự đúng được phỏt triển từ Gigabit Ethernet1000BASE-X PHY. Tốc độ của giao diện XAUI gấp 2,5 lần 1000BASE-X, với việcsắp xếp 4 chuỗi lanes giao diện cho phộp hỗ trợ thụng lượng gấp 10 lần. XAUI sử dụng mó truyền dẫn 8B/10B như 1000BASE-X để truyền qua cỏp đồng. Một số ưu điểm truyền thống của XAUI là: nhiễu điện từ EMI thấp, khoảng cỏch truyền lớn, phỏt hiện và cỏch ly lỗi, cụng suất thấp và cú khả năng tớch hợp đầu vào và đầu ra XAUI trong một quỏ trỡnh xử lý CMOS. Một mục tiờu quan trọng của ứng dụng XAUI là kết nối trực tiếp MAC với lớp vật lý và tới module truyền dẫn quang.
Nhằm cạnh tranh với mạng WAN hiện tại, 10 Gigabit Ethernet WAN PHY hỗ trợ kết nối với mạng SDH/SONET hiện tại. WAN PHY khỏc với LAN PHY ở chỗ nú gắn khung SONET/SDH vào lớp con giao diện WAN (WIS). Do tốc độ đường của SONET OC-192/SDH-64 chỉ là một phần nhỏ của 10 Gbps do vậy sẽ rất đơn giản cho lớp MAC xử lý tốc độ LAN PHY 10 Gbps hoặc tải trọng của WAN PHY tốc độ xấp xỉ 9,2 Gbps. WAN PHY sử dụng PDM để cung cấp truy nhập tới kiến trỳc SONET, cho phộp cụng nghệ chuyển mạch gúi IP/Ethernet truy nhập tới kiến trỳc SONET/SDH vàTDM. Cú nghĩa là cú thể sử dụng cụng nghệ SONET/SDH ở lớp 1 cho mạng backbone WAN Ethernet. Một điều quan trọng là Ethernet duy trỡ một giao thức kết nối cận đồng bộ. Định thời và đồng bộ trong 10 Gigabit Ethernet được duy trỡ trong từng kớ tự trong dũng bit dữliệu, cỏc hub, switch, router nhận tớn hiệu sẽ tỏi định thời và đồng bộ dữ liệu. Tương phản lại, giao thức đồng bộ (bao gồm cả SONET/SDH) yờu cầu mỗi thiết bị phải chia sẻ cựng một đồng hồ hệ thống nhằm trỏnh trượt đồng bộ giữa thiết bị truyền và nhậntớn hiệu.WAN PHY liờn kết switch và router với mạng SONET/SDH hoặc mạng quang, điều đú cho phộp mở rộng cỏc liờn kết Ethernet trờn cỏc mạng như trờn. Tuy nhiờn hai router sẽ cư xử như chỳng được kết nối trực tiếp với nhau qua cỏc liờn kết Ethernet đơn. Khụng cần cú cỏc thiết bị bridges hoặc bộ đệm, cỏc hệ thống quản lý lưu lượng IP cho cỏc dịch vụ khỏc nhau hoạt động trờn 10 Gigabit Ethernet sẽ liờn kết hai router. Nhằm quản lý cỏc liờn kết 10 Gigabit Ethernet mở rộng, WAN PHY cung cấp hầu hết cỏc thụng tin quản lý SONET/SDH trong WIS, cho phộp cỏc nhà quản lý mạng coiliờn kết Ethernet WAN PHY như liờn kết SONET/SDH. WIS hoạt động giữa 64B/66B PCS và PMD.
Ethernet 10 Gigabit cho cỏc mạng vựng đụ thị (MAN) đó được triển khai như mộtcụng nghệ xương sống cho cỏc mạng đụ thị. Với cỏc giao diện Ethernet 10
Gigabitthớch hợp như mỏy thu phỏt vụ tuyến quang và sợi quang “single mode”, cỏc nhà cungcấp dịch vụ mạng và Internet cú khả năng xõy dựng cỏc liờn kết rộng tới 40 km hay hơn nữa bao quanh cỏc vựng đụ thị với cỏc mạng trải rộng trờn toàn thành phố. Ưu điểm nổi bật của 10 Gigabit Ethernet là cú khả năng chuyển cỏc gúi tin từ cỏc server qua cỏc cổng Gigabit Ethernet quang khoảng ngắn, qua mạng DWDM và tới cỏc PC qua cỏc connector BNC mà khụng cần phải qua bất kỳ một sự chuyển đổigiao thức hay định lại khung nào. 10 Gigabit Ethernet đang là một cụng nghệ đường trục hứa hẹn cho mạng MAN thế hệ kế tiếp.