MII GMIIGMII
PCS PCS PCS PCS PMA PMA PMD PMD PMA PMA PMD PMD M ed iu m M ed iu m M ed iu m M ed iu m Physical Physical Application Application Presentation Presentation Session Session Transport Transport Network Network Data Link Data Link 100 Mbps 100 Mbps
lớp FC-0 (Interface và media) và FC1(Encode/Decode) được sử dụng trong Gigabit Ethernet. Do Fibre Channel là một cụng nghệ đó được kiểm chứng, việc tỏi sử dụng nú sẽ giảm khỏ nhiều thời gian phỏt triển chuẩn Gigabit Ethernet
Cú 3 loại cỏp được định nghĩa trong chuẩn 1000Base- X:
- 1000Base-SX 850 nm laser trờn cỏp quang đa mode
- 1000Base-LX 1300 nm laser trờn cỏp quang đơn mode và đa mode
- 1000Base-CX cỏp đồng xoắn STP (Shielded Twisted Pair)
Loại cỏp Khoảng cỏch
Cỏp quang đơn mode (9 micron) 3 Km sử dụng laser 1300nm(LX) Cỏp quang đa mode (62.5 micron) 300m sử dụng laser 850nm(SX)
550m sử dụng laser 1300nm(LX) Cỏp quang đa mode (50 micron) 550m sử dụng laser 850nm(SX)
550m sử dụng laser 1300nm(LX) Cỏp đồng Shot- haul 25m
+ Chuẩn 1000 Base-T
Chuẩn IEEE 802.3ab cho phộp sử dụng cỏp UTP (1000Base T), chuẩn 1000Base T cho phộp Gigabit Ethernet mở rộng tới khoảng cỏch tới 100m trờn cỏp đồng UTP category 5 là loại cỏp phổ biến hiện dang được sử dụng trong cỏc tũa nhà.
Đặc điểm của Gigabit Ethernet hướng tới 3 dạng mụi trường truyền dẫn laser súng dài long- wave (LW) trờn cỏp quang đơn mode và đa mode (gọi là1000BaseLX), laser súng ngắn short- wave (SW) trờn cỏp quang đa mode (1000BaseSX), và 1000BaseCX, cho phộp truyền dẫn trờn cỏp đồng đối xứng 150 ohm.
Đặc điểm Fibre Channel PMD hiện nay cho phộp tớn hiệu 1.062 gigabaud trong chế độ song cụng, Gigabit Ethernet sẽ tăng tốc độ tới 1.25Gbps. Mó húa 8B/10B cho phộp tốc độ truyền dữ liệu tới 1000Mbps; kết nối hiện tại của FibreChannel, và do đú cũng là Gigabit Ethernet, là SC connector cho cả cỏp quang đơn và đa mode.
+ Laser súng dài và súng ngắn trờn mụi trường sợi quang
Hai chuẩn laser hỗ trợ trờn sợi quang là 1000BaseSX (laser súng ngắn) và 1000Base LX (laser súng dài). Laser súng dài và súng ngắn được hỗ trợ trờn sợi quang đa mode.
Cú hai loại sợi quang được sử dụng là 62.5-millimeter và 50-milimeter. Laser súng dài được dựng cho sợi quang đơn mode vỡ sợi đơn mode này được tối ưu khi truyền với laser súng dài, sợi đơn mode khụng được hỗ trợ với laser súng ngắn. Sự khỏc nhau cơ bản giữa dựng cụng nghệ laser súng dài và súng ngắn là chi phớ và khoảng cỏch. Cỏc laser trờn cỏp quang đều cú sự thay đổi về sự suy giảm trụng cỏp.
Tại cỏc độ dài khỏc nhau thỡ cỏc “dips” về suy giảm sẽ được thấy trờn cỏp. Cỏc laser súng dài và súng ngắn ưu điểm là cú “dips” và chỉ rừ cỏc độ dài súng khỏc nhau trong cỏp.
Laser súng dài cú ưu điểm là cỏc mức dips suy giảm cú độ dài súng dài hơn trong cỏp. Cỏc laser súng ngắn cú chi phớ thấp hơn nhưng cú khoảng cỏch ngắn hơn. Trỏi lại, cỏc laser súng dài chi phớ tốn kộm hơn nhưng lại cú khoảng cỏch dài hơn.
Sợi đơn mode được dựng một cỏch truyền thống trong kế hoạch đi dõy mạng vỡ nú đạt được khoảng cỏch dài. Vớ dụ trong mạng Ethernet cỏp quang đơn mode lờn tới 10 Km. Sợi quang đơn mode dựng đường kớnh lừi khoảng 9 micron và laser 1300 nm và là cụng nghệ cú khoảng cỏch lớn nhất.
Laser lừi nhỏ và năng lượng thấp kộo dài độ dài súng laser và cho phộp truyền với cỏc khoảng cỏch lớn. Điều này cho phộp sợi quang đơn mode đạt được khoảng cỏch lớn nhất với tất cả mụi trường với ồn nhiễu được giảm thiểu.
Gigabit Ethernet được hỗ trợ trờn hai loại sợi quang đa mode là 62.5 micron và 50 micron. Sợi quang 62.5 micron hay được thấy trong kế hoạch đi dõy mạng tũa nhà, mạng campus và là backbone cho mạng Ethernet, Fast Ethernet và FDDI. Tuy nhiờn, loai cỏp này cú băng thụng thấp (khả năng truyền ỏnh sỏng trong cỏp), đặc biệt là với cỏc laser súng ngắn. Điều đú cú nghĩa là cỏc laser súng ngắn trờn sợi quang 62.5 micron chỉ cú thể truyền với khoảng cỏch ngắn hơn cỏc laser súng dài. Sợi quang 50 micron cú băng thụng tốt hơn và cỏc laser súng ngắn cú thể truyền ở khoảng cỏch dài hơn so với ở sợi quang cú đường kớnh 62.5 micron.
+ Cỏp bọc kim 150 ohm đối xứng (1000BaseCX)
Với khoảng cỏch cỏp chạy ngắn (25m), Gigabit Ethernet sẽ cho phộp truyền dẫn trờn cỏp 150 ohm đối xứng. Để đảm bảo chắc chắn và giảm tối thiểu nhiễu giao thoa gõy nờn bởi cỏc mức điện ỏp, cỏc bộ phỏt và thu sử dụng chung đất. Suy hao của mỗi connector được giới hạn tới 20 dB để tối thiểu mộo đường truyền. Loại connector sử dụng cho 1000BaseCX là DB-9 connector.
Ứng dụng của loại cỏp này thường được dựng cho cỏc kết nối khoảng cỏch ngắn trong cỏc Trung tõm dữ liệu, và cỏc kết nối trong và liờn rack. Do khoảng cỏch giới hạn là 25m nờn khụng thớch hợp cho cỏc kết nối giữa Trung tõm dữ liệu và hộp đấu dõy.
Hỡnh 3.3: Khoảng cỏch giữa cỏc loại cỏp
2. Giao diện đường truyền Gigabit độc lập GMII ( Gigabit Media Independent Interface)
GMII là giao diện giữa lớp MAC và lớp vật lý, cho phộp bất kỳ lớp vật lý nào đều sử dụng được lớp MAC. Nú là một mở rộng của MII (Media Independent Interface) được dựng trong cụng nghệ Fast Ethernet. Nú sử dụng cựng giao diện quản lý nh MMI, hỗ trợ tốc độ dữ liệu từ 10, 100 và 1000Mbps. Nó cung cấp kờnh truyền và nhận dữ liệu độc lập 8 bit, do đú cú thể hỗ trợ cả hai cơ chế hoạt động song cụng và bỏn song cụng.
GMII cung cấp 2 trạng thỏi tớn hiệu: một thể hiện cho súng mang, và trạng thỏi cũn lại biểu thị sự hiện diện của xung đột. Phõn lớp điều hũa (Reconciliation Sublayer- RS) ỏnh xạ cỏc tớn hiệu vật lý được cỏc lớp MAC hiện hành nhận diện.
50 um Mutimode 62.5 um Mutimode 50 um Mutimode 62.5 um Mutimode 2 pair STP 25m
Machine Room 250m 440m 550mBuiding Backbones 3 kmCampus Backbone
5u Single-mode 1000 BaseLX - 1300nm 1000 BaseSX - 850nm 1000 BaseCX Copper
Với GMII, nó cho phộp kết nối nhiều loại phương tiện truyền dẫn khỏc nhau nh cỏp bọc kim hoặc cỏp xoắn UTP, cỏp quang đơn mode và đa mode... trong khi cựng sử dụng MAC controller.
GMII được chia thành 3 lớp con: PCS, PMA và PMD.
a.Phõn lớp mó húa vật lý (PCS- Physical Coding Sublayer)
Đõy là phõn lớp con của GMII cung cấp giao tiếp đồng dạng cho lớp RS cho tất cả cỏc phương tiện vật lý. Nú sử dụng mó húa 8B/10B giống nh Fibre Channel. Việc sử dụng súng mang và phỏt hiện xung đột được tạo ra tại lớp này; nú cũng quản lý quỏ trỡnh tự động thương thảo (auto-negotiation) mà cỏc card mạng (NIC) truyền thụng với mạng để xỏc định tốc độ của mạng (10, 100 hay 1000Mbps) và chế độ hoạt động (bỏn song cụng hoặc song cụng).
Mó húa 8B/10B
Lớp Fibre Channel FC1 giải thớch sự đồng bộ và kế hoạch mó húa 8B/10B. FC1định nghĩa giao thức truyền dẫn, bao gồm mó húa và giải mó nối tiếp tới và từ lớp vật lý, cỏc ký tự đặc biệt và điều khiển lỗi. Gigabit Ethernet sử dụng cựng một kiểu mó húa/giải mó nh được định nghĩa tại lớp FC1 của Fibre Channel. Lược đồ sử dụng là 8B/10B encoding, tương tự nh mó húa 4B/5B khụng được sử dụng trong FDDI; tuy nhiờn mó húa 4B/5B khụng được sử dụng trong Fibre Channel do nú làm giảm thành phần cõn đối một chiều. Việc làm giảm thành phần DC cú thể dẫn đến sự phụ thuộc vào nhiệt của cỏc súng laser, gõy ra tỷ lệ lỗi cao.
Mó húa dữ liệu truyền tại tốc độ cao cho một số ưu điểm sau:
- Mó húa giới hạn cỏc hiệu ứng truyền dẫn nh tỷ lệ bit 1 và 0 trờn tỷ lệ lỗi - Việc khụi phục xung đồng bộ ở mức bit (bit-level) tại bộ thu cú thể làm tăng đỏng kể bằng cỏch sử dụng bộ mó húa.
- Mó húa làm tăng khả năng trạm nhận cú thể phỏt hiện và sửa lỗi truyền dẫn hoặc lỗi nhận.
- Mó húa cú thể giỳp cho việc phõn biệt bit dữ liệu và bit điều khiển hiệu quả hơn
Tất cả cỏc tớnh chất trờn đó được sử dụng trong Fibre Channel FC1.
Trong Gigabit Ethernet, lớp FC1 sẽ lấy dữ liệu được giải mó từ lớp FC2, mỗi thời điểm 8 bit từ phõn lớp RS là cầu nối giữa giao diện vật lý Fibre Channel tới cỏc lớp cao hơn của IEEE 802.3 Ethernet.
Trong kiểu mó húa này một nhúm cỏc 8 bit được thể hiện bằng một nhúm cỏc 10 bit trờn đường truyền. Một số nhúm mó được trỡnh bày thành cỏc 8 bit ký tự cho dữ liệu, cỏc nhúm khỏc là cỏc ký tự điều khiển. Việc mở rộng cỏc ký tự dựng trong súng mang là một vớ dụ về cỏc kớ tự điều khiển.
Mó húa được thực hiện bằng cỏch cung cấp mỗi ký tự truyền với một tờn, biểu thị là Zxx.y. Z là biến điều khiển cú thể cú hai giỏ trị: D cho data và K cho cỏc ký tự đặc biệt; xx là giỏ trị thập phõn của cỏc số nhị phõn tạo nờn tập cỏc bit mó; điều này hàm ý rằng cú 256 khả năng cho dữ liệu (D designation) và 256 khả năng cho cỏc ký tự đặc biệt (K designation). Tuy nhiờn, chỉ cú 12 giỏ Kxx.y là cỏc ký tự truyền dẫn hợp lệ trong Fibre Channel.
Khi dữ liệu được nhận về, cỏc ký tự truyền được mó húa thành một trong 256 cỏc tổ hợp 8 bit.
Dạng mó húa cho Fibre Channel là 8B/10B được thiết kế đặc thự cho truyền dẫn trờn cỏp quang. Gigabit Ethernet cũng sử dụng dạng mó húa tương tự. Sự khỏc nhau giữa Fibre Channel và Gigabit Ethernet là Fibre Channel sử dụng tớn hiệu 1.062 gigabaud, trong khi Gigabit Ethernet sử dụng tớn hiệu 1.25 Gigabaud. Đối với Gigabit Ethernet trờn cỏp đồng UTP, sử dụng cơ chế mó húa khỏc thực hiện bởi 100BaseT PHY.
b. Phõn lớp gỏn đường truyền vật lý (Physical Medium Attachment)
Phõn lớp này cung cấp sự độc lập với mụi trường truyền dẫn cho phõn lớp PCS để hỗ trợ nhiều mụi trường truyền dẫn vật lý khỏc nhau. Lớp này sắp xếp cỏc nhúm mó để truyền đi và sắp xếp ngược lại cỏc bit từ đường truyền thành cỏc nhúm mó. Phõn lớp PMA của Gigabit Ethernet giống nh PMA của Fibre Channel, cú trỏch nhiệm hỗ trợ nhiều dạng mó húa và cho phộp trỡnh bày cỏc dạng mó húa này tới cỏc lớp cao hơn.
c. Phõn lớp đường truyền vật lý phụ thuộc (PMD- Physical Medium Dependent)
Phõn lớp này ỏnh xạ mụi trường vật lý vào PCS, định nghĩa tớn hiệu lớp vật lý sử dụng cho nhiều dạng đường truyền. MDI (Medium Dependent Interface) là một phần của PMD là giao diện vật lý thực sự. Phõn lớp này định nghĩa cỏc kết nối vật lý thực tế nh cỏc connectors cho cỏc loại cỏp truyền khỏc nhau.
Giao diện súng mang GE (GBIC- Gigabit Ethernet Interface Carrier) cho phộp cỏc nhà quản trị mạng cấu hỡnh cho mỗi cổng Gigabit sử dụng laser súng ngắn hay súng dài hoặc giao diện cho cỏp đồng. Cấu hỡnh này cho phộp cỏc nhà sản xuất switch xõy dựng một chuyển mạch vật lý mà khỏch hàng cú thể cấu hỡnh laser/fiber topology theo yờu cầu. Như đó đề cập ở trờn, ban đầu Gigabit Ethernet hỗ trợ 3 media: short- wave laser, long- wave laser, và cỏp đồng. Hơn nữa cỏp quang lại được chia làm 3 loại: đa mode (62.5 micron), đa mode (50 micron) và đơn mode.
Mặt khỏc, cỏc switch Gigabit Ethernet khụng cú GBICs khụng thể hỗ trợ cỏc loại laser khỏc hoặc cần phải đặt hàng để tựy biến cỏc loại laser theo yờu cầu. Lược đồ cỏc chức năng của GBIC cung cấp nh sau
Hỡnh 3.4: Lược đồ chức năng của GBIC
3. Lớp điều khiển truy nhập đa phương tiện (MAC-Media Access Control)
Lớp MAC của Gigabit Ethernet tương tự nh lớp MAC của Ethernet và Fast Ethernet, hỗ trợ cả hai phương thức truyền dẫn song cụng và bỏn song cụng. Cỏc đặc tớnh của Ethernet nh phỏt hiện xung đột, đường kớnh mạng lớn nhất, cỏc quy tắc lặp... giống nh của Gigabit Ethernet. Hỗ trợ cho Ethernet bỏn song cụng khả năng thờm cỏc khung bursting và mở rộng súng mang, hai chức năng này khụng cú trong Ethernet và Fast Ethernet.
Truyền dẫn bỏn song cụng
Trong truyền dẫn bỏn song cụng, cơ chế CSMA/CD sẽ được sử dụng đảm bảo cho cỏc trạm cú thể liờn lạc được qua một dõy đơn và cú khả năng khắc phục xung đột.
Việc sử dụng CSMA/CD cho Gigabit Ethernet cũng giống nh cho Ethernet và Fast Ethernet, cho phộp chia sẻ hệ thống Gigabit Ethernet qua cỏc hub hoặc tạo ra cỏc kết nối điểm- điểm bỏn song cụng. Độ dài cựcđại của đoạn cỏp dựng để kết nối
1000BaseCX Copper Balanced Shielded Cable 25m 1000BaseT Copper Category 5 UTP 100m 1000BaseSX Multimode Fiber 1780 nm- 500m 1000BaseLX Single-mode Fiber 11300nm- 3km GBIC 1000 Mbps MAC 802.3z CSMA/CD Ethernet
cỏc trạm được giới hạn bởi giao thức CSMA/CD. Nếu hai trạm cựng nhận thấy đường truyền đang rỗi, chỳng cú thể truyền dữ liệu và xảy ra xung đột.
Vỡ giao thức CSMA/CD rất nhạy cảm với trễ nờn cần phải tạo ra một bit- budget cho mỗi một phạm vi xung đột. Chỳ ý rằng, tớnh nhạy cảm trễ chỉ xảy ra khi sử dụng CSMA/CD; hoạt động song cụng khụng cú những ảnh hưởng nhạy trễ đú. Một collision domain được xỏc định bởi thời gian truyền dẫn một khung cú độ dài nhỏ nhất cú thể cú. Sự truyền dẫn này quyết định khoảng cỏch lớn nhất gữa hai trạm trờn một phõn đoạn dựng chung. Khi tốc độ hoạt động của mạng tăng lờn thỡ thời gian truyền dẫn khung nhỏ nhất giảm xuống, giống nh sự giảm đường kớnh lớn nhất của phạm vi xung đột. Bit- budget của một phạm vi xung đột được tạo bởi thời gian trễ lớn nhất của cỏc thành phần mạng khỏc nhau, nh bộ lặp, lớp MAC của cỏc trạm, và bản thõn phương tiện truyền dẫn.
Việc tăng tốc độ Ethernet lờn tới tốc độ Gigabit đó tạo ra một số vấn đề trong quỏ trỡnh thực hiện CSMA/CD. Ở tốc độ lớn hơn 100Mbps, kớch thước cỏc gúi nhỏ hơn độ dài của một khe thời gian trong cỏc bit (Khe thời gian được định nghĩa là một đơn vị thời gian để Ethernet MAC điều khiển cỏc xung đột). Khả năng mở rộng súng mang được đưa vào đặc tớnh của Ethernet để khắc phục vấn đề khe thời gian. Cỏc súng mang mở rộng thờm cỏc bit vào khung tới khi khung đạt tới số lượng khe thời gian tối thiểu. Bằng cỏch này kớch thước nhỏ nhất của gúi cú thể trựng với số khe thời gian nhỏ nhất và cho phộp hoạt động trong suốt với cơ chế CSMA/CD của Ethernet hiện hành.
+ Mở rộng súng mang
Gigabit Ethernet giữ nguyờn kớch thước lớn nhất và nhỏ nhất của khung giống
nh Ethernet. Do Gigabit Ethernet nhanh hơn gấp 10 lần so với Fast Ethernet, để duy trỡ kớch thước khe nh cũ, chiều dài lớn nhất của cỏp phải giảm xuống cũn khoảng 10m, điều này hoàn toàn khụng kinh tế và cú ý nghĩa. Thay vào đú, Gigabit Ethernet sử dụng kớch thước khe lớn hơn 512 byte. Để đảm bảo tớnh tương
thớch với Ethernet, kớch thước khung nhỏ nhất khụng tăng lờn, nhưng súng mang phải được mở rộng. Nếu khung nhỏ hơn 512 bytes, nú sẽ được điền thờm cỏc ký tự mở rộng. Đú là cỏc ký tự đặc biệt khụng thể xuất hiện trong phần dữ liệu (payload). Phương phỏp này gọi là Mở rộng súng mang – Carrier Extension.
Gigabit Ethernet phải tương thớch với cỏc mạng 802.3 hiện hành. Việc mở rộng súng mang là một cỏch để duy trỡ kớch thước khung nhỏ nhất và lớn nhất của 802.3 với khoảng cỏch cỏp phự hợp. Với cỏc khung mở rộng súng mang, phần mở rộng khụng chứa dữ liệu được bao gồm trong cửa xung đột, do đú, toàn bộ phần mở rộng khung được xem là xung đột và bị bỏ qua. Tuy nhiờn, trường FCS-Frame Check Sequence chỉ được tớnh trờn phần nguyờn thủy (khụng cú cỏc ký tự mở rộng) của khung. Cỏc ký tự mở rộng được gỡ bỏ trước khi thiết bị nhận kiểm tra FCS. Do đú, lớp LLC (Logical Link Control) khụng nhận biết được sự mở rộng súng mang này. Hỡnh 5 dưới đõy biểu diễn một định dạng Ethernet khung với súng mang được mở rộng.