Gigabit- und 10-Gigabit-Ethernet. 4.1 Überblick Gigabit-Ethernet. 4.2 Burst-Modus. 4.3 Übertragungsmedien. 4.

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1 Einsatz von Gigabit Ethernet als "Backbone": 4 Gigabit- und 10-Gigabit-Ethernet Server-Farm 4.1 Überblick Gigabit-Ethernet 4.2 Burst-Modus 4.3 Übertragungsmedien 4.4 8B/10B-Code 1 Gb-Switch Vollduplex Übertragung Gigabit-Ethernet 100/1000 Mb-Switch /1000Mb- Switch... R R R R

2 Zur Dimensionierung von IEEE Netzen: Lichtgeschwindigkeit = km/s zurückgelegter Weg in 1 sec = Meter, zurückgelegter Weg in 1 μs = 300 Meter, zurückgelegter Weg in 1 ns = 0,3 Meter. Klassisches Ethernet: 1 Bitzeit = 100 ns; zurückgelegter Weg in 512 Bitzeiten = Meter. Fast Ethernet: 1 Bitzeit = 10 ns; zurückgelegter Weg in 512 Bitzeiten = Meter. Gigabit Ethernet: 1 Bitzeit = 1 ns; zurückgelegter Weg in 512 Bitzeiten = 153,6 Meter, zurückgelegter Weg in 4096 Bitzeiten = 1.228,8 Meter. 10 Gb Ethernet: 1 Bitzeit = 0,1 ns; zurückgelegter Weg in 512 Bitzeiten = 15,3 Meter, zurückgelegter Weg in 4096 Bitzeiten = 122,8 Meter. Ein Näherungswert für die Signalgeschwindigkeit in Metalleitern und in Glasfaser ist 2/3 Lichtgeschwindigkeit, hieraus ergeben sich Näherungswerte für die maximale Ausdehnung von m für das klassische Ethernet, 512 m für Fast Ethernet, 409 m für Gigabit Ethernet. Gigabit-Ethernet: Änderungen im Halbduplexbetrieb: Vergrößerung des Kollisionsfensters auf 512 Oktette, Einführung von Rahmenerweiterungen, da keine Erhöhung der Rahmenmindestlänge, Einführung eines "burst"-modus. Einführung einer neuen Symbolcodierung: 8B/10B-Code Nutzung des Duplexmodus: Ein Kollisionsbereich enthält nur zwei Teilnehmer, Einführung einer Flußkontrolle. Bemerkung: Vom ursprünglichen Ethernet nutzt das Gigabit Ethernet im wesentlichen nur noch das Rahmenformat. Bemerkung: Das Kollisionsfenster im Gigabit Ethernet beträgt 4096 Bitzeiten.

3 Schichtenmodell für Gigabit Ethernet: Implementationssicht auf das Architekturmodell: Logical Link Control MAC Control (optional) Media Access Control Reconciliation Sublayer Gigabit Media Independent Interface Physical Coding Sublayer Physical Medium Attachment Physical Medium Dependent Medium Dependent Interface Medium Datensicherungsschicht Bitübertragungsschicht Geräte-Treiber (LLC) Puffer Puffer MAC Empfangs-Sende-Automat (MAC) 8B/10B Codierer-Decodierer (PCS) Serialisierer / Deserialisierer (PMA) Laser () Detektor () Glasfaser

4 Rahmen für Gigabit-Ethernet: Präambel 7 Oktette Startsymbol (1 Oktett) Zieladresse: 6 Oktette Quelladresse: 6 Oktette VLAN Tag 802.1Q (optional) 4 Oktette Typ / Länge 2 Oktette Daten Oktette Prüfcode 4 Oktette Erweiterung Oktette Illustration zum Burst-Modus: Burst-Raum Bit Kollisionsfenster 512 Oktette Rahmen 1 mit Erweiterung R Rahmen 2 L R L... Rahmen n RL = Rahmenlücke = 96 Bit Bemerkung: Nur der erste Rahmen benötigt eventuell eine Erweiterung.

5 Effizienzbetrachtungen: Gigabit-Ethernet Übertragungsmedien: Präambel p = 64 Bit Rahmenlücke r = 96 Bit Kleinster Rahmen k = 512 Bit Kollisionsfenster f = Bit "Burst"-Grenze g = Bit Normalisierte Effizienz des Fast Ethernet: neff = 512 / ( ) = 0,76 Normalisierte Effizienz des Gigabit-Ethernet: neff = 512 / ( ) = 0,12 Normalisierte Effizienz des Gigabit-Ethernet im "Burst"-Modus: neff = (93 * 512) / ( * 672) = 0,72 Zur Zahl 93: ( ) / ( ) 91,4 Überblick: 1000BASE-LX: 2 Glasfasern, Wellenlänge nm, 10 µm SMF bis 5000 m, 50 µm MMF bis 550 m, 62,5 µm MMF bis 550 m. 1000BASE-SX: 2 Glasfasern, Wellenlänge nm, 50 µm MMF bis 550 m, 62,5 µm MMF bis 275 m. 1000BASE-T: 4 Paare verdrillte Kupferkabel (Kategorie 5 UTP oder besser), Codierung: PAM 5, Übertragung: 4D-PAM 5, maximale Leiterlänge: 100 m. 1000BASE-CX: 2 Paare verdrillte Kupferkabel (150 Ohm STP), maximale Leiterlänge: 25 m. (Bemerkung: PAM = Pulse Amplitude Modulation)

6 Datenstrom auf einer 1000BASE-X Leitung: <Rahmenlücke><Präambel><SFD><Daten><EFD><Carrier-Extend><Rahmenlücke>... Abkürzungen: SFD = Start-of-Frame Delimiter EFD = End-of-Frame Delimiter Einfassen von Rahmen, Bild ohne "Carrier-Extend": Rahmen: <Präambel><SFD><Daten><FCS> Symbolstrom: /I/ /I/ /I/ /I/ /S/ /D/ /D/ /D/ /D/ /D/ /D/ /D/ /D/ /T/ /R/ /I/ /I/ /I/ = Idle Codegruppe /D/ = Daten Codegruppe /T/ = Codegruppe für Paketende /R/ = Codegruppe für Carrier-Extend 8B/10B - Codierung (1): 5B/6B Codetafel, Datengruppe, Teil 1: Fünfbitgruppe Sechsbitgruppe Alternative MSB LSB

7 8B/10B - Codierung (2): 8B/10B - Codierung (3): 5B/6B Codetafel, Datengruppe, Teil 2: 3B/4B Codetafel, Datengruppe: Fünfbitgruppe Sechsbitgruppe Alternative Dreibitgruppe Vierbitgruppe Alternative MSB LSB MSB LSB

8 8B/10B - Codierung (4): Benennungen: 8-Bit-Ebene: H G F E D C B A 10-Bit-Ebene: j h g f i e d c b a (H = höchstwertiges Bit) (j = höchstwertiges Bit) Bezeichnung: /D EDCBA.HGF/ oder /K EDCBA.HGF/ Beispiele: HGF EDCBA jhgf iedcba /D3.1/ /D25.2/ /D21.5/ /D28.5/ /K28.5/ B/10B - Codierung (5): Zwölf Kontrollsymbole: Name 8-Bit-Format 10-Bit-Format Alternative K K K K K K K K K K K K Ordered Sets: Name Beschreibung Wortzahl Codierung /C1/ Konfiguration 1 4 /K28.5/D21.5/K-Nachricht /C2/ Konfiguration 2 4 /K28.5/D2.2/K-Nachricht /I1/ Idle 1 2 /K28.5/D5.6/ /I2/ Idle 2 2 /K28.5/D16.2/ /R/ Carrier Extend 1 /K23.7/ /S/ Start of Packet 1 /K27.7/ /T/ End of Packet 1 /K29.7/ /V/ Fehlerfortpflanzung 1 /K30.7/

9 8B/10B - Codierung (6): Bemerkungen: (i) (ii) (iii) (iv) Der 8B/10B-Code besteht aus der Zusammenfassung zweier Codes, eines 5B/6B-Codes und eines 3B/4B-Codes. Die einzelnen Codesymbole des 10B-Codes haben eine Disparität von 2, +2 oder 0. Da für Symbole mit einer Disparität ungleich 0 zwei Codierungen zur Verfügung stehen, läßt sich erreichen, daß nach jedem Symbol die Gesamtparität einer Symbolfolge 2, +2 oder 0 ist. Die Kontrollsymbole K.28.1, K.28.5 und K.28.7 sind Kommata. Da weniger als die Hälfte der 1024 Bitgruppen als Symbole verwendet werden, besitzt der 8B/10B- Code hervorragende Fehlererkennungseigenschaften.

10 Einsatz der laufenden Disparität zur Fehlerentdeckung bei Verwendung der 8B/10B-Codierung: LD = Laufende Disparität, man beginnt mit negativer Disparität. Gesendete Codegruppen: D21.1 D10.2 D Gesendet mit LD: Empfangen mit LD: Fehler: Empfangene Codegruppen: D D ungültig + Der Fehler wird erst zwei Symbole später festgestellt Der Codeabschnitt hat ein Gewicht von +2, die vorgehende Disparität ist +, daher ist der Codeabschnitt an dieser Stelle ungültig. Die laufende Disparität von + bleibt erhalten, dies verhindert eine Fehlerfortpflanzung. Gesendete Codegruppen: D21.1 D23.4 D Gesendet mit LD: Empfangen mit LD: Fehler: Empfangene Codegruppen: D ungültig - D Der Fehler wird bei Behandlung des nächsten Symbols erkannt. Der Codeabschnitt führt zur negativen Disparität und verhindert so eine Fehlerlawine. Gesendete Codegruppen: D3.6 K29.7 K Gesendet mit LD: Empfangen mit LD: Fehler: Empfangene Codegruppen: ungültig + ungültig - K Beispiel für einen Folgefehler. Das Codewort ist kein gültiges Codewort nach einer Disparität ; auch das Codewort ist kein gültiges Codewort nach Disparität +.

11 Vollduplex Ethernet: 10-Gigabit-Ethernet, Situation: Medium duplexfähig? 10BASE5 50Ω Koaxialkabel Nein 10BASE2 50Ω Koaxialkabel Nein 10BASE-T 2 Kabelpaare Ja Ethernet Ethernet 10BASE-FL 2 Lichtleiter (62,5 µm) Ja 10BASE-FB 2 Lichtleiter (62,5 µm) Nein 10BASE-FP 2 Lichtleiter (62,5 µm) Nein 10BROD36 75Ω Koaxialkabel Nein 100BASE-TX 2 Kabelpaare Ja 100BASE-FX 2 Lichtleiter (62,5 µm) Ja Weitverkehrsnetz Techniken: SONET / SDH ATM WDM 100BASE-T4 4 Kabelpaare Nein 100BASE-T2 2 Kabelpaare Ja 1000BASE-SX 1000BASE-LX 2 Lichtleiter (62,5/50 µm) Ja 2 Lichtleiter (62,5/50 µm) Ja Ethernet Ethernet 1000BASE-CX 2 Lichtleiter (62,5/50/9 µm) Ja 1000BASE-T 4 Kabelpaare Ja Auch Weitverkehrsnetze in Ethernet-Technik?

12 Einige Ziele für 10-Gigabit-Ethernet: - Unterstützung nur eines vollduplex Datennetzes. - Datenrate von 10 Gb/s an der medienunabhängigen Schnittstelle für 10 GbE. - Netzwerkdurchmesser bis 40 km. - Bitfehlerraten kleiner als Gigabit-Ethernet beschrieben in IEEE 802.3ae: Amendment: Media Access Control (MAC), Parameters, Physical Layers, and Management Parameters for 10 Gb/s Operation vom 13. Juni Später folgen IEEE 802.3ak (2004), IEEE 802.3an (2006), IEEE 802.3ap (2007) und IEEE 802.3aq (2006). Einige Charakteristika: Beibehaltung des Rahmenformat: Minimalrahmen: 64 Oktette, Maximalrahmen: 1518 Oktette. Zwei Varianten: Lokales Netz mit 10 Gb/s Datenrate, Weitverkehrsnetz mit 9,29 Gb/s Datenrate. Codierungen: 8B/10B, 64B/66B. Architektur des 10 Gb Ethernet: Media Access Control (full duplex) 10 Gb Media Independent Interface (XGMII) or 10 Gb Attachment Unit Interface (XAUI) Serial WAN PHY 64B/66B, WIS Serial LAN PHY 64b/66B WWDM LAN 8B/10B Serial 1550 nm Serial 1310 nm Serial 850 nm Serial 1550 nm Serial 1310 nm Serial 850 nm WWDM 1310 nm

13 SONET/SDH-Hierarchie: SONET SDH Rohdatenrate (Mb/s) 10 Gb/s in einem LAN? Busse Datenrate PCI 32 bit, 33 MHz 0,5 Gb/s Duplexmodus PCI-X 64 bit, 133 MHz 4 Gb/s Duplexmodus PCI-X DDR 8 Gb/s Duplexmodus FibreChannel 4G FC 4 Gb/s Nutzdatenrate (Mb/s) OC-1-51,840 50,112 OC-2 STM-1 155, ,336 OC-12 STM-4 622, ,344 OC-48 STM , ,376 OC-192 STM , ,504 OC-768 STM , ,016 OC-3072 STM , ,064 InfiniBand 2,5 Gb/s pro Link, 10 Gb/s pro Link, 30 Gb/s pro Link Einige 10-Gigabit-Ethernet Leiter: 10GBASE-SR, 10GBASE-SW: Gradientenfaser, Wellenlänge: 850 nm, Entfernung: 2 m 300 m, 10GBASE-SW für Anschluß an SONET-Geräte. 10GBASE-LR, 10GBASE-LW Monomodenfaser, Wellenlänge: 1310 nm, Entfernung: 2 m 10 km, 10GBASE-LW für Anschluß an SONET-Geräte. 10GBASE-ER, 10GBASE-EW Monomodenfaser, Wellenlänge: 1550 nm, Entfernung: 2 m 40 km, 10GBASE-EW für Anschluß an SONET-Geräte. 10GBASE-LX4 Gradienten- oder Monomodenfaser, Wellenlängenbereich: 1260 nm 1360 nm, Wave Division Multiplexing, ein Paar, 4 Wellenlängen, Entfernung: 2 m 300 m Gradientenfaser, 2 m 10 km Monomodenfaser.