Ethernet 100 Mb/s Gigabit Ethernet

Ethernet 100 Mb/s Gigabit Ethernet
Création : 1995 : Danielle Barthe (LAAS), Jean-Paul Gautier (UREC) Modifications 1996 Jean-Paul Gautier (UREC) 1998 Bernard Tuy (UREC) Christian Hascoët (CCR) ARS 00/01

Plan Fast Ethernet : Ethernet à 100 Mb/s
IEEE 802.3u Gigabit Ethernet : Ethernet à 1000 Mb/s IEEE 802.3z et IEEE 802.3ab Annexe : Une autre solution d'ethernet à 100Mb/s normalisée IEEE, le 100 Base VG Anylan ARS 00/01

Ethernet à 100 Mb/s 1993 : 2 approches concurrentes
Fast Ethernet (CSMA/CD) => IEEE 802.3u Alliance de 40 sociétés pour élaborer la norme 100 VG Anylan => IEEE Solution mise en place par HP,IBM … (voir annexe) Juin 1995 : IEEE 802.3u et IEEE ratifiés 1997 : 1 Vainqueur Fast Ethernet (IEEE 802.3u ) La famille 100Base-T Le 100Base-T a l’avantage de conserver la majorité des caractéristiques d’Ethernet sur paire torsadée, aujourd’hui bien connu et validé à grande échelle (près de 30 millions d’équipements connectés). 100Base-T propose de garder la méthode d’accès d’origine : le CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) avec ses qualités (simplicité, efficacité et rapidité) et ses défauts (non déterministes), la gestion des collisions, le format et la longueur des trames et des adresses et même l’émission en bande de base. Cette aspect très conservateur et la pression des constructeurs a permis à la technologie 100Base-T d’être intégrée à un groupe de travail du comité supplément u (après avoir envisagé de créer un comité IEEE supplémentaire pour cette solution) et donc d’apparaître comme une extension d’Ethernet, et non pas comme une technologie concurrente ou de remplacement. Le Fast Ethernet Allience (composé de nombreux constructeurs et acteurs des LAN qui produisent ensemble plus de 60% des équipements Ethernet, mais aussi de sociétés de logiciels) participa à la mise en oeuvre du Fast Ethernet. ARS 00/01

Fast Ethernet Principes, mécanismes Les normes 100 Base TX, FX et T4
Câblage Types de répéteur Contraintes et règles de topologie Exemples de migration possible ARS 00/01

Fast Ethernet : Principes (1)
Fast Ethernet = Ethernet 10 Mb/s en 10 fois plus rapide avec le soucis principal de ménager l'existant 802.3u <=> extension de 802.3 Câblage structuré existant pérennisé (pour fibres et paires torsadées) Par contre disparition du coaxial (non liée aux performances) Mais pour confidentialité et protection contre erreur utilisateur Évolution du CSMA/CD à 100 Mb/s Reste simple, efficace, mais non déterministe Gestion des collisions, format et longueur de trames identiques RTD à 5.12 µs et Inter-trames 0.96 µs (96 temps bit) Full-Duplex : Plus de contrainte du CSMA/CD (Pont,switch) Il existe différents Ethernet à 100Mb/s en fonction des supports : Les aspects conservateurs du 100Base-T permettent aussi aux utilisateurs ayant adapté leur câblage aux besoins du 10Base-T (2 paires seulement par accès) de migrer vers le 100Mb/s sans mettre en question leur installation. En effet le 100Base-T incorpore la distinction de l’utilisation d’un média à 2 paires torsadées non blindées (UTP) de catégorie 5 sur une longueur de 100 mètres, c’est le 100Base-TX. Pour les câbles en UTP de catégorie 3 ou 4 le 100Base-T nécessite 4 paires, et propose une autre technologie : le 100Basse-T4. Le 100Base-FX utilise lui 2 fibres optique multimode à gradient d’indice. Notons qu’il n’est plus question de câbles coaxiaux standard ou fins, nous ne considérons que les câbles dits structurés : paires torsadées et fibres optiques. Par ailleurs, la couverture maximum d’un réseau sans pont tombe à 400 mètres sur fibre optique et 100 mètres sur paire torsadée au lieu des 4 km permis en 10Base-FB. En effet, si 100Base-T propose une multiplication par 10 du débit sans modification majeure, il nécessite aussi une réduction équivalente en terme de distance (le temps aller-retour étant proportionnel au délai d’émission d’une trame courte). De la même façon l’Inter Frame Gap passe de 0,96 ms. ARS 00/01

Fast Ethernet : Principes (2)
Les supports normalisés Paire torsadée 100 Base TX câble de catégorie 5 avec 2 paires 100 Base T4 câble de catégorie 3,4 et 5 avec 4 paires Fibre optique 100 Base FX => 2 fibres multimodes 62.5/125 Codage 4B/5B pour 100 Base X Codage 8B/6T pour 100 Base T4 ARS 00/01

Fast Ethernet : Architecture (1)
Coupleur Liaison Physique Transceiver MAC Physical Layer Signalling Media Independant Interface Physical Coding Sublayer Physical Medium Attachment Physical Medium Dependant Media Dependant Interface PLS Réconciliation MII AUI PCS PMA PMD Auto-Négociation PMA MDI Médium Médium 10Mb/s Mb/s ARS 00/01

Recherche d'une structuration Sous couche Réconciliation + MII Interface commune à la couche MAC quelque soit le codage 2 types de codages prévus, car 2 types de qualité de câblage utilisés N'existe pas à 10Mb/s (PLS), mais est bien sur compatible (voir négociation) MAC Réconciliation MII PCS PMA PMD Négociation MDI Médium ARS 00/01

MII : Connecteur 40 broches souvent interne. Lien entre la couche MAC et la couche physique Permet la connexion d'un adaptateur similaire au transceiver Dimension 50 x 15 (mm) Cordon écranté à base de paires torsadées (28 AWG) de longueur limitée à 0.5m maximum => suppression du drop câble ARS 00/01

Physical Coding Sublayer (PCS) Codage des signaux (transition, synchro, fréquence) Physical Medium Attachment (PMA) Pour la connexion sur le câble Transmission/Réception des signaux Gère l'horloge et la synchronisation Physical Medium Dependant (PMD) Uniquement pour 100 Base (FX & TX) Connectique différente avec PMA identique MAC Réconciliation MII PCS PMA PMD Négociation MDI Médium ARS 00/01

Fast Ethernet : Auto-négociation (1)
Mécanisme de détection du mode de fonctionnement du matériel connecté (issu de National SemiConductor) Optionnel, mais très répandu Recommandé par la norme, les constructeurs conseillent le + possible de fixer les paramètres Uniquement pour paires torsadées Débit fixe (100 Mb/s) pour la fibre optique Ne reconnaît pas le type de câble (catégorie) Sélection vitesse/mode d'échange : 10/100Mb/s, full/half duplex Informe le partenaire de ses propres mécanismes (normalisés ou avec parfois de la valeur ajoutée propriétaire). Essaie d'éviter les erreurs (sans en commettre -:)) L’auto-négociation doit être compatible avec les matériels 10Base-T standard, qui eux ne connaissent pas cette procédure. Aussi utilise-t-elle des trains de pulsation similaires à ceux envoyées par la fonction classique link detection. Ces trains appelés fast link pulse, ont une périodicité de 16 millisecondes, comme ceux de la fonction link detection ARS 00/01

Permet de détecter par ordre de priorité : 1 : 100 Base TX Full Duplex, 2 : 100 Base T4, 3 : 100 Base TX, Sinon pas de connexion 4 : 10 Base T Full Duplex, 5 : 10 Base T Auto-négociation aux 2 extrémités : 2 Matériels 100 Auto-négociation à 1 extrémité : Matériel 100 avec Matériel 10 Avantages : Pas de connexion non négociable possible Désavantages : Attention aux résultats (full/half) ARS 00/01

Signaux enrichis proches de la détection de lien (10 base T) Assure la compatibilité avec la norme10BaseT (Link Detection) Émis quand il n'y a pas de trame (vérifie 1 paire (émission)) Validation du lien complet : voir les 2 extrémités obligatoirement Signaux (LP : Link Pulse) contenant des Link Code Word (16bits) Périodiques : durée 2ms toutes les 16.8 ms (comme link detection) Échanges informations par Fast LP Burst = 17 à 33 LP Détection de défaut distant (perte réception, jabber actif) <=> pas de signal entre 50 et 150 ms Protocole (802.3/802.9), valeurs ajoutées propriétaires Détails : Link detection à intégrer dans cours 10M Danielle Barthe HD96 The basic mechanism that Auto-Negotiation uses to advertise a device's abilities is a series of link pulses which encode a 16 bit word, known as a Fast Link Pulse (FLP) Burst. An FLP Burst is composed of 17 to 33 link pulses which are identical to the link pulses used in 10BASE-T to determine whether a link has a valid connection (sometimes referred to as Normal Link Pulses or NLPs.) FLP Bursts occur at the same interval as NLPs, 16.8ms. An FLP Burst has a nominal duration of 2 ms. 802.9 : ISOEthernet normalise techniques d'accès pour réseau intégrant voix et données. Mélange téléphonie et informatique sur le même réseau pour réduire les coûts ARS 00/01

100 Base TX Câble catégorie 5 Distance maximum : 100 mètres
Codage 4B/5B + NRZI Fréquence horloge : 125 MHz (transition) Fréquence fondamentale : 62.5 MHz (câble) Câblage RJ45 (comme 10 base T) Droit (station) (1 TX+, 2 TX- , 3 RX+, 6 RX-) Croisé (1 - 3, 2 - 6, 3 - 1, 6 - 2) La sous-couche PMA concerne l’émission et la réception des signaux, ainsi que la gestion physique de la liaison. L’émission et la réception sont effectuées chacune sur une paire (lorsque le câble est métallique) ou une fibre. Une procédure spécifique de détection de défaut est prévue, en option, lorsque le câble ne permet pas de réaliser le processus complet d’auto-négociation. Sans auto-négociation et sans détection de défaut distant, l’apparition d’un défaut sur une seule voie d’une liaison ne peut être détecté que par l’équipement qui utilise cette voie en réception. L’autre équipement, qui peut être le hub, n’a aucun moyen d’en être informé. Les équipements 10Base-T ou 10BaseFL ont la même limite : leur fonction link detection ne permet pas de rendre compte d’un défaut existant sur une seule voie. La détection de défaut distant est un moyen d’informer les extrémités d’une liaison de l’apparition d’un problème sur une voie. Elle est basée sur la surveillance du signal link test pulse reçu sur la réception. Si ce signal n’est plus détecté, un signal particulier répété plusieurs fois est envoyé sur l’émission par la fonction link detection. Le signal est composé de 84 “ 1 ” suivi d’un “ 0 ” et ne peut être perçu comme un début de trame, afin de ne pas leurrer un équipement qui n’offrirait pas la fonction de détection de défaut distant. La plupart des équipements 100Base-X gèrent cette fonction de détection de défaut distant. Ce test “ test SQE ” permet de vérifier le fonctionnement du mécanisme de détection de collision, indépendamment de l’émission et de la réception. Sur les câbles en paires torsadées et sur fibre optique, une collision se traduit simplement par une activité simultanée sur l’émission et sur la réception, sans nécessité de circuit spécifique. Le test “ test de SQE ” n’a donc plus lieu d’être en 100Base-X ; il est supprimé sur ces matériels. Par contre, il est présent au niveau des fonctions de gestion de l’interface MII. L’absence de “ test de SQE ” pose un petit problème pour les équipements tels que certaines stations de travail qui s’attendent à recevoir ce signal. Une petite modification de leur gestion de l’accès au réseau est alors nécessaire pour effectuer les test au niveau MII. Une dernière modification est apportée par la norme 100Base-X dans la gestion des signaux par rapport aux normes 10Base-X ; la gestion de la fonction jabber. Une station 100Base-X ne peut se connecter sur un réseau qu’à travers un répéteur, qui constitue le point central (hub) , alors que sur le réseau Ethernet classique avec du câble coaxial ce n’est pas le cas. La fonction jabber a donc été déplacée, sur les matériels 100Base-X, dans les répéteurs pour simplifier la conception des équipements. ARS 00/01

100 Base T4 (1) Câble catégorie 3 à 5 Distance maximum : 100 mètres
PMA gère émission/réception sur 3 paires Paire (1.2) (station) : réservée à l'émission Paire (3.6) (station) : réservée à la transmission Paires (4.5) (7.8) : bidirectionnelles Chaque paire gère … Mb/s => En bande de base … Mhz trop important pour catégorie 3 et 4 (fréquence fondamentale 16 MHz maximum) ARS 00/01

100 Base T4 (2) Codage 8B/6T (8 Bits / 6 Transitions)
Transition = codage d'un symbole Codage 3 niveaux, 6 transitions (36 = 729 valeurs) 256 valeurs utilisées sur 749 00 : ; 01 : ; 02 : …. Fréquence horloge réduite à 6/8 x 33.3 = 25MHz Fréquence fondamentale du signal : 12.5 MHz Synchronisation assuré par nombre suffisant de transition et possibilité de contrôle d'erreur Fréquence Horloge : pour permettre les transitions aux plus hautes fréquences (25MHz) Le signal aléatoire donne statistiquement un fréquence fondamentale à 12.5 Mhz ARS 00/01

100 Base T4 (3) Affectation des broches RJ45 (coté station)
Câble droit Câble croisé 1 TXD <-> 3 2 TXD <-> 6 3 RXD <-> 1 4 BID <-> 7 5 BID <-> 8 6 RXD <-> 2 7 BID <-> 4 8 BID <-> 5 ARS 00/01

100 Base FX Multimode 62.5/125 (perte 11 dB maximum)
3 dB = Atténuation de 50%; 11dB ≈ 90% Fenêtre spectrale : 1350 nm Connecteurs SC,ST, FDDI type M (MIC) Longueur maximale : 400 m (HD)(DTE - DTE) Longueur maximale : 2000 m (FD) Monomode 9/125 Distance maximale : 20 Kms (FD) ARS 00/01

Répéteurs Comme pour répéteur 10 Mb/s Pas de régénération de préambule
Régénération du signal (phase, amplitude) Collision, jam, extension de fragment Partitionnement (coupure si 30 collisions successives) Fonction jabber supprimée au niveau des stations, présente uniquement dans les répéteurs Pas de régénération de préambule Car le nombre de répéteur est très réduit (1 ou 2) ARS 00/01

Répéteurs Classe I Répéteurs de Classe I
Répètent les signaux entre segments de type différent, comme par exemple 100 Base TX et 100 Base T4 100 Base FX et 100 Base T4 Un seul répéteur par domaine de collision Lié à la complexité du changement de codage RTD : 140 temps-bit (long car ≠ support) ARS 00/01

Topologie Répéteurs Classe I
DTE Répéteur de classe I Câbles de nature différentes ARS 00/01

Répéteurs Classe II Répéteurs de Classe II
Répètent les signaux entre segments de même type, comme par exemple : 100 Base T4 et 100 Base T4 100 Base TX et 100 Base FX 2 répéteurs au maximum dans un même domaine de collisions RTD : 92 temps-bit maximum (140 en Classe I) ARS 00/01

Topologie Répéteur Classe II
Répéteur de classe II Répéteur de classe II Câbles de même nature DTE DTE ARS 00/01

Fast Ethernet : Règles de topologie
Distance maximale entre 2 DTE (Ø domaine de collisions en mètres) : Type Cuivre Fibre T4 &FX TX &FX DTE-DTE NA NA 1 Classe I * * 1 Classe II NA * 2 Classes II NA 212* * avec 100 m de lien cuivre et le reste en fibre optique Remarque : Répéteur en place pour accroître le nombre de machines par domaine de collision ARS 00/01

Calcul RTD ARS 00/01

Fast Ethernet : Migration
Installation 10 Mb/s classique : arrivée d'une station 10/100 Mb/s (attention câblage) Répéteur 10 Répéteur 10 Répéteur 10 Connexion au hub 10 Mbps auto-négociation à activer ARS 00/01

Remplacement d'un Répéteur 10 Mb/s par un commutateur 10/100 Mb/s Commutateur 10/100 Répéteur 10 Répéteur 10 ARS 00/01

Ajout d'un répéteur 100 Mb/s sur le commutateur 10/100 Mb/s Commutateur 10/100 Répéteur 10 Répéteur 10 Répéteur 100 ARS 00/01

Backbone 100 Mbps Commutateur 10/100 Répéteur 10 Répéteur 10/100 Commutateur 10/100 Répéteur 10/100 Répéteur 10 Commutateur 10/100 Répéteur 10 ARS 00/01

Bibliographie - Conclusion
Passage simple de 10 à 100 Mb/s Coût des coupleurs 100 aujourd'hui à bas prix, mais matériel réseau beaucoup + onéreux à 100 qu'à 10 (voir globalité) Attention aux résultats de l'auto-négociation Réseaux locaux et Internet (Hermes) Par Laurent Toutain (1999) ARS 00/01

Gigabit Ethernet : Historique
Standardisation débute en juillet 1996 Ratification des standards Gigabit Ethernet IEEE 802.3z : Juin 1998 IEEE 802.3ab : 26 Juin 1999 Historique : ARS 00/01

Gigabit Ethernet : Buts en 1996
Permettre les connexions half et full-duplex Utilisation du même format de trame Ethernet 802.3 Utilisation de la méthode d'accès CSMA/CD avec 1 seul répéteur par domaine de collision Assurer compatibilité avec les technologies 10/100 base 3 objectifs spécifiques au niveau des liens : Fibre multimode avec un maximum de 550 mètres Fibre monomode avec un maximum de 3 kms (extensible à 5 kms) Câble cuivre allant au moins à 25 mètres. ARS 00/01

Gigabit Ethernet Trame IEEE 802.3 : Rappel
Half duplex : méthode d'accès CSMA/CD Full duplex : pas de collision Taille des trames : 64 octets à 1500 octets Délai inter-trame : 96 bits RTD est divisé par 100, par 10 pour Ethernet 100 Slot Time : 512 bits (64 octets) ARS 00/01

Gigabit Ethernet : CSMA/CD
Pour conserver un Ø de domaine de collision à 200m (comme le 100 Base …), on augmente le slot time (temps d'acquisition du canal) Taille du Slot Time passe de 64 à 512 octets Taille minimale trame reste à 64 octets Extra carrier extension si taille inférieure à 512 octets. Trames de taille > 512 octets non affectées Packet bursting : agrégation des petites trames pour optimiser la bande passante. Mêmes adresses que IEEE 802.3 ARS 00/01

Gigabit Ethernet : CSMA/CD (2)
Développement de matériel proche du répéteur appelé "buffered distributor" pour éliminer les contraintes du CSMA/CD Le "buffered distributor" est un répéteur full-duplex sans adresse MAC (comme répéteur) avec 2 ports ou plus (multi-répéteur), Il répète les trames sur tous les ports, sauf d'ou elles viennent Différence avec le répéteur : possibilité de mémoriser (tampons) une ou plusieurs trames avant de les envoyer sur le lien Appelé "CSMA/CD in a box." ARS 00/01

CSMA/CD 1000 : Performances (1)
Simulation réalisé par Intel Montre les limites imposées par la technique du carrier extension Débit en Mb/s Source : Gigabit avec carrier extension Gigabit Ethernet Fast Ethernet Taille des trames en octets ARS 00/01

CSMA/CD 1000 : Performances (2)
Débit en Mb/s Simulation de charge réalisé par AMD La limite des 720 Mb/s (100% de charge) sur le CSMA/CD (Collisions) doit être dépassé avec des liaisons full-duplex Source : Gigabit Ethernet avec "packet bursting" Fast Ethernet Charge du réseau en % ARS 00/01

Gigabit Ethernet 802.3z Technologie GBIC GigaBit Interface
Media Access Control (MAC) full et/ou half duplex Logical Media Independant Interface (GMMI) optionnel Codage/décodage 8B/10B Technologie GBIC GigaBit Interface Carrier pour les 2 normes 1000BaseSX ou 1000Base LX 1000 BASE-SX 850nm Fibre Optique 1000 BASE-LX 1300 nm Fibre Optique 1000 BASE-CX Coaxial blindé 150 Ω ARS 00/01

802.3z 1000 Base SX Le moins cher : Small Wave Lenght
Émission à 850 nm (comme ethernet 10) Connecteur SC Les distances à respecter : GBIC ARS 00/01

802.3z 1000 Base LX Pour distances + longues : Long Wave Lenght
Émission à 1300 nm (+ cher) Connecteur SC Les distances à respecter : DMD is a condition that was recently discovered that exists on worst-case fibers and worst-case transceivers. However, it only affects multimode fiber. The 802.3z Gigabit Ethernet Task Force concluded after additional testing that both 1000 Base-SX and 1000 Base-LX had a potential threat to DMD, and thus a solution was created. DMD in plain English Multimode fiber uses different modes, or light pathways to send data from one end to another. A laser transmitter is used on one end to launch modes of light in a concentrated fashion. The departing of light from the laser transmitter to the different modes is known as 'exciting the modes.' This can be used in contrast to a light bulb emitting light in all directions; that is, to all the different pathways that it can reach. Unfortunately, the process of 'exciting the modes' causes some light pathways, or the light pulse, to take a slower, longer path, while others take a faster, shorter path. This would also cause the light pulse to concentrate all its light in the center of the fiber, thus exciting only one or two modes of light equally. This causes the distinct light pulse to no longer remain a distinct pulse, sometimes even changing to two independent light pulses. These pulses thus interfere with each other, resulting in non-recovery of data. This is the 'jitter' effect that caused the 802.3z Gigabit Ethernet Task Force to revisit DMD as a potential problem for Gigabit Ethernet Technology; and to create a solution for it. The Solution for DMD To solve the 'jitter' effect of DMD, the 802.3z Gigabit Ethernet Task Force announced the final solution to the Multimode Fiber issue Base-SX transceivers would have a conditioner added to the module itself so as to condition the launch of the light pulse. In actuality, the conditioner would scramble all the modes of light so as to equally distribute power to all modes rather than just concentrated to a few modes. 1000 Base-LX transceivers would have removable conditioners so as to meet the different conditioning specifications of Multimode Fiber. Thus, the same 1000 Base-LX transceiver could be used for Single-Mode Fiber as well. The reason why only Multimode Fiber is affected by DMD is because it uses different modes during launch as opposed to Single-Mode Fiber, which uses only one mode. All technologies including ATM will be subjected to DMD when they reach the high-speed and long distance limits. The research conducted to solve the DMD problem with Gigabit Ethernet can thus be used for other technologies. ARS 00/01

802.3z 1000 Base SX/LX : DMD Differential Mode Delay (DMD) : le retard modal affecte les différents modes des F.O multimodes dans des cas limites (fibres et transceivers limites) Solution : Déviation des modes passant au centre du noyau (en ligne droite) par un conditionneur Sans conditionneur Avec conditionneur Transceivers 1000 Base-SX : conditionneur intégré Transceivers 1000 Base-LX : conditionneur démontable Le même émetteur/récepteur 1000 Base-LX peut être utilisé pour la fibre monomode. DMD is a condition that was recently discovered that exists on worst-case fibers and worst-case transceivers. However, it only affects multimode fiber. The 802.3z Gigabit Ethernet Task Force concluded after additional testing that both 1000 Base-SX and 1000 Base-LX had a potential threat to DMD, and thus a solution was created. DMD in plain English Multimode fiber uses different modes, or light pathways to send data from one end to another. A laser transmitter is used on one end to launch modes of light in a concentrated fashion. The departing of light from the laser transmitter to the different modes is known as 'exciting the modes.' This can be used in contrast to a light bulb emitting light in all directions; that is, to all the different pathways that it can reach. Unfortunately, the process of 'exciting the modes' causes some light pathways, or the light pulse, to take a slower, longer path, while others take a faster, shorter path. This would also cause the light pulse to concentrate all its light in the center of the fiber, thus exciting only one or two modes of light equally. This causes the distinct light pulse to no longer remain a distinct pulse, sometimes even changing to two independent light pulses. These pulses thus interfere with each other, resulting in non-recovery of data. This is the 'jitter' effect that caused the 802.3z Gigabit Ethernet Task Force to revisit DMD as a potential problem for Gigabit Ethernet Technology; and to create a solution for it. The Solution for DMD To solve the 'jitter' effect of DMD, the 802.3z Gigabit Ethernet Task Force announced the final solution to the Multimode Fiber issue Base-SX transceivers would have a conditioner added to the module itself so as to condition the launch of the light pulse. In actuality, the conditioner would scramble all the modes of light so as to equally distribute power to all modes rather than just concentrated to a few modes. 1000 Base-LX transceivers would have removable conditioners so as to meet the different conditioning specifications of Multimode Fiber. Thus, the same 1000 Base-LX transceiver could be used for Single-Mode Fiber as well. The reason why only Multimode Fiber is affected by DMD is because it uses different modes during launch as opposed to Single-Mode Fiber, which uses only one mode. All technologies including ATM will be subjected to DMD when they reach the high-speed and long distance limits. The research conducted to solve the DMD problem with Gigabit Ethernet can thus be used for other technologies. ARS 00/01

802.3z 1000 Base CX Le gigabit sur le cuivre en attendant le 1000 Base T sur câble paires torsadées catégorie 5E Pour réduire les coûts Distance maximale : 25 mètres (Salle machine) Câble twinaxial blindé 150 Ω spécial ( câble IBM1 ou IBM2 non recommandé) Connecteurs DB9 (style 1) ou HSSDC (High-Speed Serial Data Connector) (style 2) conçu par AMP Codage 8B/10B Produits ? Comparaison UTP - Non blindé: Atténuation : 22 dB max à 100Mhz sur 100m Impédance: 100 Ohms +/-15% This standard uses the Fibre Channel-based 8B/10B coding at the serial line rate of 1.25 Gbps, and runs over 150-ohm balanced, shielded, specialty cabling assemblies. IBM Type I cabling is not recommended. This copper physical layer standard has the advantage that it can be generated quickly and is inexpensive to implement. The short copper link standard was completed in the same time frame as the fiber links. ARS 00/01

802.3ab : 1000 Base T Media Access Control (MAC) full/half duplex
Logical Media Independant Interface (GMMI) optionnel Codage PAM à 5 niveaux 1000 BASE-TX UTP catégorie 5E 100 Ω ARS 00/01

1000 Base T Lien UTP Catégorie 5E (Return Loss, ELFEXT)
Nouvelle recette à prévoir pour ancien câblage Doit respecter la norme ANSI/TIA/EIA TSB95 Half duplex (CSMA/CD) - Full duplex (sans collision) Utilisation des 4 paires d’impédance 100 Ω à 250 Mb/s sur chaque paire Longueur maximum : 100 mètres 1 répéteur maximum par domaine de collision Même système d’auto-négociation que 100 Base TX ARS 00/01

1000 Base T Principes de fonctionnement :
Utilisation de 4 paires à un taux de 125 Mbauds, Codage PAM 5 niveaux (2 bits codés par niveaux): Codage binaire (0,1) ne représente qu’un bit Codage PAM à 5 niveaux (-2, -1, 0, +1, +2) peut représenter 2 bits (4 niveaux pour 2 bits), plus un 5ième niveau utilisé pour le codage FEC (Forward Error Correction) pour correction du rapport signal/bruit Ceci permet de diviser par 2 le taux de transmission utile (125 Mbauds pour 250 Mb/s), Use 5-level symbols rather than 3-level symbols and encode 2 bits per symbol (1000Mbps full-duplex). incurs 6dB SNR penalty relative to 100BASE-TX Use forward error correction (FEC) to recover 6dB ARS 00/01

1000 Base T Transmission Full duplex : émission/réception simultanées des données dans les deux sens, sur chacune des 4 paires, Utilisation de circuits hybrides pour permettre la transmission bi-directionnelle sur une paire par filtrage du signal à transmettre sur le récepteur local, Techniques additionnelles utilisées : Pulse shaping (limiter le spectre), égalisation du signal (limiter les interférences) Comment ça marche sur technology/whitepapers/gige_11.97/how.html ARS 00/01

1000 base T En limitant le phénomène d'écho
TX RX Paires torsadées C H Propagation du signal à un instant t Circuits Hybrides : Pour faciliter la communication simultanée full-duplex sur les paires torsadées En limitant le phénomène d'écho En isolant le câble du matériel réseau ARS 00/01

Gigabit Ethernet : Conclusion (1)
Peu de machines ont besoin de ces débits (An 2000) Matériel en vente en 1999 : Full duplex Pas de problème lié au CSMA/CD Développements réalisés pour l'évolution d'ethernet + de 80% du parc mondial installé est en ethernet Effet de masse, technologie similaire en + rapide Le transport des réseaux virtuels normalisés 802.1q La vidéo-conférence (applications temps réel) RTP/RTCP : Real-time Transport Protocol Famille MPEG-X (Compression de données vidéo) Type Bus Débit Fréquence ISA 64Mb/s EISA 264Mb/s MCA 320Mb/s PCI 32 bit, 1,056Mb/s 33 MHz PCI 64 bit, 4,224Mb/s 66 MHz ARS 00/01

Gigabit Ethernet : Conclusion (2)
Temps de normalisation ont été courts (= 100 Base) Attente d'un an entre le 1000 Base CX et le 1000 Base TX (solutions techniques) Le cuivre peut supporter des fréquences élevées Le frein principal vient du connecteur RJ45 Catégorie 6 : avec RJ45* ? à 200 Mhz (2001) Catégorie 7 : sans RJ45 à 600 Mhz (2001 ?) Il existera peut être dans trois ou quatre ans une IEEE802.3? pour le Base X Type Bus Débit Fréquence ISA 64Mb/s EISA 264Mb/s MCA 320Mb/s PCI 32 bit, 1,056Mb/s 33 MHz PCI 64 bit, 4,224Mb/s 66 MHz ARS 00/01

Annexe : Ethernet 100VG-Anylan
Plan Principes Modes opératoires Couche physique ARS 00/01

100VG-Anylan IEEE 802.12 (juin 1995) Forum "100VG-Anylan"
HP et ATT, IBM, Banyan, Bytex, Kalpana, Microtest, ODS, Novell, Proteon, UB, Wellfleet ARS 00/01

Technologie 100BaseVG 100 Mb/s sur : 4 paires UTP-3
Distance maximale : 100 m (connecteurs RJ45) 4 paires utilisées pour l'émission ou la réception UTP catégorie 5 , SFTP Distance maximale de 200m STP (150 ohms) Distance 200 m (Connecteurs DB9) 2 paires Fibre optique Distance maximale de 2000m (Connecteur SC) ARS 00/01

Technologie 100BaseVG (2) Méthode d'accès : "Demand Priority"
méthode d'accès déterministe Pas de diffusion --->sécurité Tour de rôle 2 niveaux de priorité pour les applications : normal haute Possibilité de garantie de bande passante (pour le multimédia) Garantie d'accès Temps de latence fixe Les trames sont transmises directement de la source au destinataire Traversée d'un Répéteur : 120 micro-seconde ARS 00/01

Technologie 100BaseVG (3) Supporte les trames Ethernet et Token Ring
méthode d'accès commune Ethernet et Token Ring les trames restent différentes, aucune conversion sur les trames Ethernet ou Token Ring. supporte les applications actuelles connexion a Ethernet ou Token Ring via un simple pont. Les composants du réseau Répéteur central qui joue un rôle dans la méthode d'accès Ponts, des routeurs Stations Liens TP, fibre optique ARS 00/01

Topologie du réseau 100 BaseVG
Uplink port up 100VG Hub 1 2 3 4 Promiscuous Link Normal Link Promiscuous Link Uplink to Downlink port to interconnect 100 VG devices LAN Analyser up 100 VG Hub, Bridge, Router ARS 00/01

3 niveaux de cascades moins de 2.5 km entre 2 nœuds 100BaseVG Hub  100 M (Catégorie 3) 100BaseVG Hub 100BaseVG Hub 100BaseVG Hub  100 M 10 0BaseVG Hub 100BaseVG Hub 100BaseVG Hub  100 M 100BaseVG Station 100BaseVG Station 100BaseVG Station Les concentrateurs opèrent comme des commutateurs de trames, pas comme des répéteurs. ARS 00/01

Topologie en étoile Un seul chemin actif entre n'importe quelle paire de hub dans le réseau 1024 nœuds sur un segment non bridgé. 250 semble être la limite idéale Tous les nœuds d'un segment doivent être ou Entre 2 nœuds dans un réseau, il y a au maximum 7 ponts. ARS 00/01

100BaseVG Modèle La couche MAC :
Implémente le "Demand Priority protocol" Le Link Training La préparation de la trame ARS 00/01

100BaseVG Mode opératoire
A : Requête de transmission Hub Requête au niveau de priorité Normal ou High Repos Repos Repos Station A Station B ARS 00/01

détermine quels nœuds sont autorisés à émettre, dans quel ordre avec une recherche "round robin" acquitte la demande Hub Requête Repos Silence Repos Station A Station B ARS 00/01

Hub Emission de trames sur 4 paires Trame Repos Trame Repos Station A Station B ARS 00/01

Etat au repos Hub Repos Repos Repos Repos Station A Station B ARS 00/01

B est informée qu'une trame lui est destinée Hub Trame Repos Trame Annonce d'Arrivée Station A Station B ARS 00/01

Station “B” prête à recevoir Hub Trame Silence Trame Annonce d'Arrivée Station A Station B ARS 00/01

Réception et émission de la trame Hub Trame Trame Trame Trame Station A Station B ARS 00/01

Retour à l'état repos Hub Repos Repos Repos Repos Station A Station B ARS 00/01

Le "Root Hub" est le responsable du tour de table Le hub de 2ème niveau se contente d'annoncer au "root hub" les stations qui veulent causer. Demande d'accès pour une trame Temps d'attente maximum = nombre de stations x temps d'émission Tous les hubs voient tout le trafic ARS 00/01

100BaseVG : "Link Training" En parallèle au trafic, il y a des paquets de 48 octets échangés entre les stations et les hubs pour connaître l'état des liens et des équipements apprentissage des adresses MAC par les hubs Le type d'équipement connecté : hub 100 VG, station, hub/routeur Mode opératoire / normal, adjacent (promiscuous) ARS 00/01

100BaseVG couche MAC Ajoute l'adresse destination, les bits de padding et calcul le FCS (Frame Check Sequence) Opère sur : Trames Ethernet Trames Token Ring Trames d'apprentissage ARS 00/01

100BaseVG : Couche Physique
Physical Medium Independant Sublayer (PMI) Brouillage des données (scrambling) Encodage 5B/6B Génération du préambule, Start Frame et End Frame Delimiter SFD contient le niveau de priorité Physical Medium Dependent Sublayer Multiplexage (STP, fibre) Encodage NRZ Adaptation au média Spécifications mécaniques et électriques Contrôle de l'état du lien ARS 00/01

100BaseVG : Couche Physique
Chaque quintet est encodé sur 6 bits chaque groupe de 6 bits est généré de manière à contenir un nombre égal de 0 et de 1. Chaque bit de donnée est transmis à chaque cycle d'horloge Pour garantir un débit utile de 100 Mb/s en NRZ l'horloge est de 30 MHz, elle génère une fréquence maximum de 15 MHz sur le câble 30 MHz pour 1 paire donne 4x30 =120 MHz pour les 4 paires 6 bits transmis pour 5 bits de données utiles => 100 Mb/s. ARS 00/01

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