SR2SB 70cm Gdynia

2 Rys historyczny rozwoju sieci Ethernet

2.1 Początki

 

 Za datę powstania Ethernetu można przyjąć 22 maja 1973 roku, kiedy to w kalifornijskich laboratoriach firmy Xerox, w Palo Alto Research inżynierowie Bob Metcalfe1 i David Boggs2 opracowali metody i przygotowali zestaw środków technicznych do przesłania danych komputerowych za pomocą kabla koncentrycznego na odległość do 2500 metrów z prędkością 2,94Mb/s. Standard ten opatentowano w 1976 roku. W 1978 rozwiązanie to rozwinięto i nazwano DIX Ethernetem, nawiązując do nazw firm Digital Equipment Corporation, Intel i Xerox, biorących udział w badaniach nad rozwojem standardu, i mającymi swój wkład w opracowanie struktury ramki danych.

 

 W standardzie określono typ kabla koncentrycznego3 o impedancji4 50?, sposób zakończenia kabla rezystorami (nazywanymi również terminatorami), zapobiegającymi odbiciom sygnału, złącza nakręcane na kabel oraz współpracujące z nim nadajniki i odbiorniki sygnału. Określono rodzaje sygnałów elektrycznych, ich napięcie, częstotliwość i sposób modulacji, a także strukturę ramki informacyjnej złożonej z ściśle określonych, następujących po sobie pól danych. Wyspecyfikowano ośmiobajtowe pole preambuły, dwa sześciobitowe pola adresowe (adres odbiorcy i nadawcy), dwubajtowy oznacznik typu danych, pole niosące użyteczne informacje o rozmiarze od 46 do 1500 bajtów oraz czterobajtowe pole sumy kontrolnej (Rys. 2). Istotną cechą, wyróżniającą to nowatorskie jak na schyłek lat siedemdziesiątych rozwiązanie było sprawdzanie zajętości kanału transmisyjnego przed rozpoczęciem transmisji i badanie w czasie trwania transmisji, czy inna stacja nie nadaje informacji, powodując zakłócenia uniemożliwiające dotarcie informacji do adresata (zjawisko kolizji). Protokół wielodostępu do medium z śledzeniem jego stanu i wykrywaniem kolizji został nazwany akronimem CSMA/CD5. Przez wiele lat rozwoju standardu właśnie te dwie podstawowe cechy (format ramki i protokół CSMA/CD) zachowały się w prawie niezmienionej formie do dnia dzisiejszego, pomimo zastosowania innych urządzeń nadawczo-odbiorczych, kabli, parametrów sygnałów elektrycznych i sposobów kodowania bitowego.

 

 

 

2-rys2

 
 

Rys. 2 Struktura ramki DIX Ethernet6

 

 

 

 W 1983 roku DIX Ethernet został przyjęty i zatwierdzony w nieco zmienionej i udoskonalonej formie jako standard IEEE 802.3 (IEEE, 2003) oznaczony akronimem 10BASE-5 zwanym z angielskiego Thicknet (w Polsce używano potocznie określenia „gruby koncentryk”). Jako medium transmisyjne wybrano pięćdziesięcioomowy kabel koncentryczny oznakowany symbolem RG-8/U (Fot. 1) o średnicy zewnętrznej 12 mm.

 

 

 

Kabel koncentryczny RG-214

 
 

Fot. 1 Kabel koncentryczny RG8/U [fot. własna]

 
 

 

 

 Zawartość ramki uległa niewielkiej, lecz istotnej modyfikacji. Ostatni bajt preambuły przeznaczono na bajt informacyjny startu transmisji (ang. Start of Frame) o ustalonej wartości (ciąg bitowy 10101010), zaś pole typu przeznaczono na wskaźnik długości całej ramki (Rys. 3)7. Ponadto zwiększono częstotliwość fali nośnej do 10 MHz, osiągając wynikłą z powyższego prędkość transmisji równą 10 Mb/s.

 

 W celu podłączenia stacji do sieci stosowano, montowane bezpośrednio na kablu, moduły nadawczo-odbiorcze MAU (ang. Transceivers, Medium Attachment Unit) łączone z kartą zamontowaną w urządzeniu końcowym przy użyciu piętnastożyłowego kabla AUI (ang. Attachment Unit Interface), zakończonego wtykami szufladowymi w standardzie DB-15.

 

 

 
 

Róznice w zawaratosci ramki pomiędzy IEEE 802.3 Ethernet a DIX Ethernet

 
 

Rys. 3 Różnice w zawartości ramki pomiędzy IEEE Ethernetem 802.3 a DIX Ethernetem8

 

 

 

 Rozwiązanie to miało wiele zalet, przede wszystkim duży zasięg sieci (2500m przy zastosowaniu regeneratorów sygnału, 500m w pojedynczym segmencie), możliwość włączenia do sieci wielu stacji, a także łatwą rozbudowę. Do wad związanych z fizyczną budową sieci należy zaliczyć skomplikowany montaż urządzeń nadawczo-odbiorczych i trudności z montażem sztywnego kabla o dużym przekroju. Niedoskonałością logiczną była zarówno lawinowo narastająca ilość kolizji postępująca wraz z zwiększaniem ilości podłączonych stacji, jak i brak jakiegokolwiek mechanizmu korekcji błędów ani potwierdzania poprawności transmisji.

 

 Równolegle do wyżej opisanego rozwiązania, w wczesnych latach osiemdziesiątych trwały prace nad tańszym i prostszym sposobem podłączenia komputerów do Ethernetu. Opracowano standard 10BASE-2, który od momentu zatwierdzenia przez IEEE w 1986 roku zdobywał coraz większą popularność. Zakładał użycie cienkiego (średnica zewnętrzna 5,5 mm), elastycznego kabla koncentrycznego typu RG-58 o impedancji 50?, złącz bagnetowych BNC, trójników (ang. T-Connector), zakończeń kabli w postaci rezystorów 50? oraz układów nadawczo-odbiorczych MAU zintegrowanych z kartami sieciowymi (Fot. 2). Rozwiązanie to obniżyło cenę, ale wprowadziło ograniczenia na długość segmentu do 185 metrów9, liczbę stacji w segmencie do 3010. Pozostawiono możliwość wydłużania zasięgu przez czterokrotną regenerację sygnału pomiędzy segmentami, przy obostrzeniu polegającym na możliwości przyłączania stacji tylko do trzech segmentów. Rozwiązanie było prostsze w instalacji, lecz w praktyce okazywało się zawodne ze względu na szynową architekturę i wynikłą z niej zależność działania sieci od idealnego stanu wszystkich złącz i przewodów w całym segmencie sieci.

 

 

 

Styk warstwy fizyczne 10BASE-2, Trójnik, Kabel, Gniazdo BNC, karta sieciowa

 

Fot. 2 Punkt styku warstwy fizycznej i medium w Ethernecie 10BASE-2: Złącza BNC, T-Connector, Terminator 50 om [fot. własna]

 

 

 

 Kolejną odsłoną Ethernetu, zatwierdzoną i wprowadzaną do użytku w 1989 roku, było przełomowe, w stosunku do poprzednich, rozwiązanie, zakładające użycie innego niż kabel koncentryczny medium transmisyjnego. W rozwiązaniu nazwanym akronimem 10BASE-T zastosowano przewód ośmiożyłowy, o 4 parach skręconych (zbliżony budową do powszechnie stosowanych kabli telefonicznych), zakończony tanim złączem o korpusie z tworzywa sztucznego, RJ-4511 (Fot. 3), w którym podłączenie wszystkich 8 przewodów realizowało się jednym ruchem narzędzia, bez potrzeby żmudnego zarabiania końcówek, lutowania itp. W rozwiązaniu tym pojedynczy kabel mógł mieć długość do 100 metrów. Do zbudowania w pełni funkcjonalnej sieci złożonej z więcej niż dwóch stacji niezbędny stał się koncentrator-wzmacniacz i rozgałęźnik sygnału, który spowodował, że każda stacja była podłączana do sieci indywidualnym kablem, co z kolei uniezależniło działanie całej sieci od uszkodzenia pojedynczego kabla czy też przypadkowego wyjęcia wtyczki. Koncentratory można było łączyć ze sobą, dzięki czemu wzrastała pojemność sieci i jej zasięg. Zastosowanie powyższych rozwiązań umocniło pozycję Ethernetu na rynku i spowodowało szybki wzrost ilości nowych instalacji.

 

 

 

Gniazda i wtyki RJ-45

 
 

Fot. 3 Złącza RJ-45 - styk warstwy fizycznej i kabla w sieciach Ethernet, począwszy od 10BASE-T [fot. własna]

 

 

 
 

 W 1990 roku, wraz z opracowaniem przełączników12, które w odróżnieniu od koncentratorów mogły analizować przesyłane ramki pod kątem adresów przeznaczenia i ich poprawności, gwałtownie wzrosła dostępna pojemność sieci i pojawiła się możliwość jednoczesnego nadawania i odbioru przez stację, co dwukrotnie zwiększyło przepustowość bez potrzeb podwyższania szybkości bitowej sygnałów. Rozwiązanie to zostało nazwane dupleksem (często określane pełnym dupleksem, ang. full-duplex)

 
 

i szybko zostało wprowadzone do produkcji w wielu modelach kart sieciowych (np. 3Com Etherlink II).

 

 Standard 10BASE-T stworzył podstawę, na której opierają się kolejne wersje Ethernetu, zachowując koncepcję wykorzystania miedzianych kabli skrętkowych jako medium, złącz RJ-45 jako sposobu podłączenia kabli do urządzeń, sposobu wykonywania elementów sprzęgających układy elektryczne adapterów sieciowych i metod obróbki sygnałów. Rozwiązania te nie stanowią rewolucyjnych zmian w technikach przesyłu sygnałów, ale przez konsekwentne poprawianie parametrów elektrycznych kabli, udoskonalanie układów odpowiedzialnych za przetwarzanie sygnałów (w szczególności postęp w dziedzinie szybkich procesorów sygnałowych i przetworników analogowo-cyfrowych) oraz opracowanie coraz to efektywniejszych metod kodowania i modulacji wnoszą Ethernet na coraz to wyższy poziom jakościowy.

 

 Wszystkie powyższe rozwiązania stosowały transmisję w paśmie podstawowym i kodowanie Manchester (opisane w dalszej części pracy), co oznacza, że w jednym cyklu sygnału fali nośnej można przenieść informację o wartości jednego bitu danych. Z dzisiejszego punktu widzenia są to rozwiązania mało efektywne. Mają one obecnie znaczenie głównie historyczne, jako podwaliny dla współczesnych rozwiązań, choć można jeszcze spotkać działające instalacje. W obecnej dobie użytkowanie takich instalacji jest obarczone dużym ryzykiem i kosztami, ze względu na brak dostępnych nowych podzespołów i znaczne zużycie starych komponentów. Układy do transmisji w standardzie 10BASE-T stosuje się jeszcze w energooszczędnych urządzeniach niewymagających dużej prędkości transmisji (np. czujniki pomiarowe, rejestratory, sprzęt przenośny). Podyktowane jest to minimalnym zapotrzebowaniem na energię13 w czasie spoczynku (brak sygnału) i niewielkim w czasie nadawania – dzięki prostym i mało wymagającym układowo metodom modulacji i kodowania.

 

 

 

2.2 Rozwiązania współczesne

 

 Już w trakcie standaryzowania się 10 megabitowego Ethernetu potrzeby ośrodków obliczeniowych i zaawansowanych użytkowników stały się przyczynkiem do prowadzenia prac nad przyspieszeniem transmisji w sieciach komputerowych. Badania prowadzone w różnych ośrodkach naukowych na świecie spowodowały opracowanie kilku rozwiązań pozwalających na zwiększenie szybkości przesyłania danych do 100 Mb/s przy niewielkim zwiększeniu częstotliwości fali nośnej, użyciu takich samych lub nieco udoskonalonych kabli skrętkowych i zachowaniu stu metrowego zasięgu pojedynczego segmentu. Wśród nich na uwagę zasługują:

  • 100BASE-T4 – bazujący na takich samych jak 10BASE-T kablach (opisanych w zaleceniach kategorii trzeciej – CAT3), wykorzystujący do transmisji wszystkie cztery pary. Pozwalający wyłącznie na pracę naprzemienną (pół duplex). Promowany przez ograniczoną liczbę firm, przyjęty przejściowo tylko w środowiskach, w których trudno było przeprowadzić zmiany w okablowaniu14.
  • 100BASE-T2 – również bazujący na kablach starego typu, ale z wykorzystaniem tylko dwóch par i metody jednoczesnego nadawania i odbioru (dupleksu) – korzystający ze skomplikowanego, jak na możliwości dostępnych układów, mechanizmu kodowania PAM-515. – Nigdy niewprowadzony do produkcji na masową skalę – ze względu na kosztowne rozwiązania układowe (pomimo prób rozwój innych standardów spowodował szybkie wycofanie się z prób z okablowaniem kategorii 3).
  • 100BASE-TX – wymagający udoskonalonych kabli, o bardziej rygorystycznie dopracowanych parametrach elektrycznych (tłumienie, przesłuchy) ujętych w specyfikacji kategorii piątej – CAT516. Wykorzystujący do transmisji dwie pary, umożliwiający pracę zarówno jednoczesną, jak i naprzemienną (pół dupleks bądź dupleks). Przyjęty na szeroką skalę, ze względu na bardzo korzystny stosunek jakości do ceny portu i niezbędnego wyposażenia. Masowo produkowany i powszechnie używany do dnia dzisiejszego.

 Od chwili przyjęcia przez IEEE w 1995 roku jako standardu szybkiego Ethernetu (ang. FastEthernet) wersji 100BASE-TX wyprodukowano wiele milionów urządzeń z portami tego rodzaju i pomimo upowszechniania się nowszych, szybszych rozwiązań jest to wciąż najczęściej spotykana wersja sieci Ethernet, zarówno w zastosowaniach domowych, jak i przemysłowych czy biurowych. Wprowadzając udoskonalone okablowanie, zachowano kształt i wymiary złącz, pozwalając łączyć urządzenia starsze i nowsze. Możliwość współpracy urządzeń generacji 10 i 100 Mb/s zagwarantowano nie tylko na poziomie złącz i kabli, ale również na poziomie warstwy fizycznej, stosując układy zdolne do pracy w starszym trybie, jak również wdrażając mechanizm automatycznego wykrywania możliwości podłączanych urządzeń – autonegocjację.

 

 Dalsze prace nad przyspieszeniem Ethernetu zaowocowały kolejnym dziesięciokrotnym zwiększeniem jego szybkości, najpierw w 1998 roku przy użyciu kabli światłowodowych, zaś rok później z zastosowaniem takich samych jak w FastEthernecie kabli miedzianych kategorii piątej. W standardzie 1000BASE-T nazywanym Gigabit-Ethernetem wykorzystano transmisję po wszystkich czterech parach kabla w obu kierunkach, pozwalając łatwo przejść z rozwiązania 100Mb/s do 1Gb/s. Dotychczas stosowane kable kategorii 5 uznano za minimum wystarczające dla transmisji 1000BASE-T i dopuszczalne17 jest ich stosowanie w istniejących instalacjach18, jednakże w nowych instalacjach zaleca się stosować przewody i osprzęt o nieco poprawionych parametrach ujętych w specyfikacji kategorii 5e19 (Fot. 4). Zabieg ten ma na celu podwyższenie niezawodności instalacji w warunkach zwiększającego się rokrocznie poziomu zakłóceń radioelektrycznych. W specyfikacji tej ujęto zróżnicowanie skoku skręcenia żył i wyspecyfikowano wytyczne do budowy osprzętu umożliwiającego podłączenie przy minimalnym rozplecie par, dzięki czemu zredukowano ryzyko wnikania zakłóceń do toru transmisyjnego i związanego z tym odkształcenia użytecznego sygnału elektrycznego. Udoskonalenia dotyczyły głównie kabli, gniazd i paneli dystrybucyjnych, nie miały natomiast wpływu na budowę wtyku, który na przestrzeni dziesięciu lat nie podlegał modernizacji.

 

 

 

Kabel CAT 5e

 

Fot. 4 Kabel sieciowy kategorii 5e - zalecany dla instalacji 1000BASE-T [fot. własna]

 

 

 
 

 Najnowszym standardem Ethernetu na miedzianych kablach skrętkowych jest 10GBASE-T (802.3an). W rozwiązaniu tym wymagane są jednakże udoskonalone kable o zmniejszonych przesłuchach i tłumieniu, ze specjalnie w tym celu wprowadzonym pomiędzy pary separatorem (Fot. 5), pozwalającym na transmisję sygnałów o częstotliwości do 500MHz. Dokładne parametry tych kabli ujęte są w specyfikacji kategorii 6 i 6a20. Budowa gniazd nie uległa zmianie, nieznacznie zmieniono wewnętrzny element wtyku, w miejscu łączenia z żyłami kabla, stosując naprzemienne przesunięcie co drugiej żyły, mające wpływ na zmniejszenie przesłuchów (Fot. 6). Zastosowanie kabli kategorii 6 pozwala na transmisję na odległość do 55 m, zaś kategorii 6a do 100 m.

 

 

 

Kabel CAT 6

 

Fot. 5 Kabel skrętkowy kategorii 6 - podstawowy dla instalacji 10GBASE-T o zasięgu do 55 m [fot. własna]

 

 

 

 Na przestrzeni 16 lat, od momentu wybrania kabla skrętkowego jako medium, nastąpiło tysiąckrotne zwiększenie prędkości sieci Ethernet bez dokonywania zmian w strukturze logicznej sieci, budowie ramek czy istocie budowy medium, złącz i układów współpracujących. W procesie tej ewolucji zrezygnowano z trybów półdupleksowych, zarzucono rywalizacyjny dostęp do medium CSMA/CD, zastępując go trybem pełnodupleksowym o większej niezawodności i przepływności.

 

 

 

Porównanie wtyków RJ-45 dla CAT 5e i CAT 6

 

Fot. 6 Porównanie szczegółów budowy wtyków RJ-45 dla kategorii 5/5e i 6/6a [fot. własna]

 

 

 

 Zakres szybkości oferowanych obecnie przez Ethernet od 10 Mb/s do 10 Gb/s pozwala na łatwe skalowanie sieci, prowadzi do sytuacji, gdzie coraz częściej mówi się o rozwiązaniach niewymagających zmiany formatu ramek podczas przesyłania danych zarówno przez sieci lokalne, jak i coraz szybsze sieci o zasięgu globalnym. Ethernet o tak dużej szybkości znajduje zastosowanie w ośrodkach obliczeniowych, centrach superkomputerowych i sieciach szkieletowych, wypierając coraz szybciej alternatywne rozwiązania.

 

 

 

2.3 Przyszłość

 

 Ethernet nieustannie się rozwija i wkracza w coraz to nowsze środowiska, wypierając inne metody przesyłania danych. Jeszcze sześć lat temu wielu specjalistów prognozowało, że Gigabit Ethernet będzie zupełnie niepotrzebny z powodu braku aplikacji, które byłyby zdolne wykorzystać jego potencjał21, zaś technologie WAN zdominują rozwiązania ATM22. Tymczasem, rozwój Ethernetu spowodował odejście od innych rozwiązań i masowe wprowadzenie rozwiązań gigabitowych w segmencie biurowym, produkcyjnym i w ośrodkach obliczeniowych23 oraz dziesięciogigabitowych w miejskich sieciach szkieletowych i rozległych. Założenia standardów dziesięciogigabitowego Ethernetu pozwalają na łatwe integrowanie usług transmisji danych komputerowych z telekomunikacyjnymi sieciami SONET/SDH24, co wraz z wprowadzeniem gwarancji jakości usług pozwala na wykorzystanie Ethernetu do szerokopasmowej transmisji danych i multimediów w sieciach projektowanych pierwotnie wyłącznie do transmisji głosu. Trwają prace badawcze nad standardami sieci Ethernet pierwszej mili25, mające w założeniu wyprzeć szeroko stosowane technologie ADSL. Oba te rozwiązania stanowią przyczynek do rozwoju koncepcji Ethernet End-to-End26, pozwalającej na istotne uproszczenie architektury sieci i ograniczenie kosztów związanych z koniecznością wielokrotnego przekształcania ramek podczas ich przesyłu przez sieci rozległe.

 

 

 

Aquantia Integrated Ethernet Controller

 

Fot. 7 Zintegrowany Kontroler Ethernet 100M/1G/10G AQ1002 [2008, Aquantia]

 

 

 

 Do obecnej postaci Ethernet przeszedł długą drogę27. Początkowa prędkość przesyłu danych to 10 Mb/s. Każdorazowe zwiększenie przepływności dziesięciokrotnie przyspieszało przesyłanie danych do 100 Mb/s (Fast Ethernet), 1000 Mb/s (Gigabit Ethernet) i Ethernet 10 Gb/s. Prace prowadzone przez wiodących producentów układów scalonych, takich jak Fujitsu, Aquantia28 czy Solarflare29, doprowadziły w 2007 roku do powstania układów 10Gbit Ethernetu bazującego na miedzi o poborze prądu poniżej 10W na port, a w 2008 roku poniżej 5,5W na port, co pozwoli na zbudowanie tańszych kart oraz ułatwi budowę przełączników wieloportowych. Jedną z technologicznych nowości, które pozwolą szerzej wprowadzić 10 gigabitowy Ethernet, jest zintegrowany niskomocowy kontroler AQ100230 (Fot. 7) obsługujący zakres prędkości 100 Mb/s, 1 Gb/s i 10 Gb/s z zaimplementowanym mechanizmem autonegocjacji, przeznaczony do budowy kart od 1- do 4-portowych oraz przełączników o maksymalnej pojemności do 48 portów.

 

 Aktualnie trwają prace nad 40- i 100-gigabitowymi wersjami Ethernetu, z przeznaczeniem dla sieci szkieletowych i urządzeń modularnych. Pod koniec 2008 roku firmie Lucent udało się dokonać udanej transmisji 100 Gb/s na kablach optycznych o długości 550 m, zaprojektowanych pierwotnie dla sieci 10 gigabitowych, co wskazuje na dalsze perspektywy rozwoju. IEEE proponuje do wprowadzenia do 2010 roku cztery standardy dla 40 Gb/s:

  • 40GBASE-SR4 – światłowód MM do 100m,
  • 40GBASE-LR4 – światłowód SM do 10km,
  • 40GBASE-CR4 – zespół kabli miedzianych, do 10m31 (Rys. 4),
  • 10GBASE-KR4 – magistrala miedziana, do 1m32,

 oraz dla 100Gb/s;

  • 100GBASE-SR10 – światłowód MM do 100m,
  • 100GBASE-LR4 – światłowód SM do 10km33,
  • 100GBASE-ER4 – światłowód SM do 40km34,
  • 100GBASE-CR10 – zespół przewodów miedzianych do 10m35.

 

 

40GBASE-CR4 i 100GBASE-CR10 Wiring Proposal

 

Rys. 4 Propozycja połączeń dla 40GBASE-CR4 i 100GBASE-CR1036

 

 

 

 Schemat połączeń miedzianych (CR4 i CR10), w postaci zespołów kabli prezentuje rysunek (Rys. 4). Wykorzystuje się w nim agregację czterech lub dziesięciu połączeń o przepustowości 10 Gb/s zrealizowanych przy użyciu zespołu wielożyłowych kabli zakończonych wspólnym wtykiem szufladowym.

 

 Prace nad prędkościami 40 i 100 Gb/s jeszcze nie zostały zakończone37 i nie doczekały się pełnej, dojrzałej specyfikacji, a w laboratoriach już prowadzone są badania nad możliwością stworzenia Terabit Ethernetu. Śmiałe prognozy mówią, że teoretycznie będzie to możliwe jeszcze przed 2020 rokiem38. Rozwój technologiczny sieci Ethernet na przestrzeni ostatnich 35 lat, uwzględniający prognozę na najbliższe dziesięciolecie przedstawia rysunek (Rys. 5). Widoczne na nim konkurencyjne rozwiązania są sukcesywnie wypierane przez Ethernet wkraczający w coraz to nowsze obszary zastosowań.

 

 

 

Postęp w rozwoju sieci Ethernet

 

Rys. 5 Postęp w rozwoju sieci Ethernet39

 

 

 

2.4 Inne rozwiązania Ethernetu

 

 Na wspomnienie zasługują inne niż korzystające z kabli miedzianych rozwiązania oparte na tym samym formacie ramki i regułach transmisji standardy, takie jak szeroko rozpowszechnione sieci światłowodowe, których rozwój podąża równolegle z technologią miedzianą i ciekawy, istotny w zastosowaniach przemysłowych standard sieci dla urządzeń w obudowach kasetowych – Backplane Ethernet.

 

2.4.1 Rozwiązania światłowodowe

 

 Od samego początku Ethernetu, rozważano możliwość przesyłania danych cyfrowych w formie impulsów optycznych przez nowatorskie, jak na owe czasy, medium światłowodowe. Wysokie koszty produkcji włókien, złącza skomplikowane w montażu (montaż złącz wymaga specjalistycznego, kosztownego wyposażenia i sporej wiedzy) spowodowały, że w początkowym okresie takie rozwiązania były dostępne tylko dla wybranej grupy odbiorców – ośrodków obliczeniowych, przemysłu czy operatorów telekomunikacyjnych. Dla potrzeb dziesięciomegabitowego Ethernetu opracowano szereg standardów rodziny 10BASE-F, takich jak 10BASE-FL – jedyny rozpowszechniony standard, 10BASE-FB przeznaczony do łączenia urządzeń aktywnych – niewprowadzony na szerszą skalę i 10BASE-FP pasywny, niewymagający koncentratorów – nigdy niezaimplementowany40. Rozwiązanie 10BASE-F pozwalało łączyć do 33 węzłów w segmencie przy użyciu światłowodu wielodomowego 62,5/125µm o łącznej długości nieprzekraczającej 500 m. Jako standard złącz zaproponowano bagnetowe złącza ST i zakręcane FC z metalową zakrętką i porcelanową ferrulą41, oraz nieco tańsze, a równie dobre, złącza zatrzaskowe SC z korpusem z tworzywa sztucznego (Fot. 8). Ze względu na konieczność przesyłania danych w dwóch kierunkach wymagane było zastosowanie pary światłowodów.

 

 Rozwiązania światłowodowe pozwoliły na zastosowanie Ethernetu w środowiskach narażonych na wysoki poziom zakłóceń radioelektrycznych i w miejscach, gdzie występowały znaczne różnice potencjałów. Kolejnym czynnikiem mającym wpływ na decyzję o rozwoju technik światłowodowych były wymagania rozwiązań militarnych, gdzie brak emisji ujawniającej rozproszonej wokół kabli stanowił o wysokim zabezpieczeniu przed podsłuchem.

 

 

 

2-fot8

 

Fot. 8 Złącza światłowodowe ST, FC i SC – styk medium fizycznego i adaptera światłowodowego dla 10BASE-FL i rodziny 100BASE-Fx [2008, Timbercon]

 

 

 

 Równolegle z opracowaniem miedzianej wersji Fast Ethernetu – rodziny 100BASE-T powstały światłowodowe edycje standardu 100BASE-FX niekompatybilnego wstecz ze standardem 10BASE-FL, wykorzystującego wprawdzie takie same złącza (z preferencją złącz SC), ale inną długość fali (1300 nm – bliska podczerwień) i zapewniające lepsze własności laserowe modulowane źródła światła (Fot. 8). Zasięg sieci przy zastosowaniu światłowodów wielomodowych wynosił 400 m, zaś zwiększenie tego zasięgu było możliwe dzięki użyciu światłowodów jednomodowych. Wszystkie powyższe rozwiązania do transmisji dwukierunkowej wykorzystywały jedną parę włókien światłowodowych, po jednym włóknie w każdym kierunku. Do przesyłania danych na odległości do 40 km na pojedynczym włóknie światłowodu jednomodowego w obu kierunkach, z wykorzystaniem dwóch okien transmisyjnych (długości fali 1310/1550 nm lub 1310/1490 nm) opracowano standard 100BASE-BX. W celu zapewnienia zgodności ze standardem 10BASE-FL w zakresie użycia tego samego typu światłowodu, opracowano standard 100BASE-SX bazujący na tańszych elementach (diody LED zamiast laserów półprzewodnikowych) i wykorzystujący tę samą długość fali (850 nm) kosztem ograniczenia zasięgu do 300 m.

 

 Standard Gigabit Ethernet, konsekwentnie, w drodze rozwoju, został zaimplementowany w technice światłowodowej w siedmiu wersjach, różniących się rodzajem źródła światła, typem światłowodu i maksymalnym zasięgiem. Rodzina standardów została oznaczona symbolem 1000BASE-Fx. Po raz pierwszy Ethernet w pojedynczym segmencie osiągnął zasięg ponad 70 km42. Zestawienie standardów i ich podstawowych parametrów prezentuje tabela 1

 

 

 

standard

długość fali

źródło światła

medium

liczba włókien

zasięg

1000BASE-LX54

1270-1355 nm

laser

MM

2

550 m

1000BASE-LX

1270-1355 nm

laser

SM

2

5 km

1000BASE-SX55

850 nm

led

MM

2

550 m

1000BASE-LH56

1310 nm

laser

SM

2

10 km

1000BASE-ZX57

1550 nm

laser

SM

2

100 km

1000BASE-LX1058

1310 nm

laser

SM

2

10 km

1000BASE-BX1059

1490 nm/1310 nm

laser

SM

1

10 km

 
 

Tab. 1 Zestawienie odmian standardu 1000BASE-F [opracowanie własne]

 

 

 

 W rozwiązaniach SX i LX zastosowano autonegocjację, jednakże dotyczy ona tylko wyboru urządzenia nadrzędnego (ang. master) i stosowania trybu dupleksowego bądź simpleksowego. Ze względu na specyfikę medium optycznego mechanizmy odpowiedzialne za autonegocjację umieszczono w podwarstwie PCS (wyższej niż PMA i PMD podwarstwie PHY), wyżej niż ma to miejsce w miedzianej wersji 1000BASE-T (2). Dla gigabitowego Ethernetu przewidziano też nowe złącza, pozwalające podłączać jednym wtykiem parę dupleksową, oraz miniaturowe złącza pozwalające na gęstsze upakowanie portów w urządzeniach wieloportowych, np. MT-RJ czy LC (Fot. 9).

 

 

 

Złącza MT-RJ i FC-Duplex

 

Fot. 9 Złącza światłowodowe FC-Duplex i MT-RJ – przykładowe rozwiązanie styku medium fizycznego i transceivera światłowodowego dla rodziny standardów 1000BASE-F [2008, Timbercon]

 

 

 

 Dla 10 Gigabitowego Ethernetu rozwiązanie światłowodowe zostało wprowadzone dwa lata wcześniej (w 2002 roku) niż pierwsze rozwiązania na miedzi. Opracowano 4 standardy z rodziny 10GBASE-Fx o zróżnicowanych osiągach i przeznaczeniu (tabela 2). Decyzja o opracowaniu w pierwszej kolejności dziesięciogigabitowego Ethernetu dla światłowodów wynikała z potrzeb rynku – zwiększenia przepustowości łącz szkieletowych i wprowadzenia standardu do sieci metropolitarnych i rozległych.

 

 Wybór światłowodu zamiast miedzi był podyktowany również trudnościami z obróbką zakłóconych sygnałów na parach miedzianych, propagacją i tłumieniem sygnałów wielkiej częstotliwości oraz kosztownymi i energochłonnymi układami DSP zdolnymi do przetwarzania sygnałów elektrycznych. Dla porównania – pierwsze rozwiązania światłowodowe pracowały przy mocy ok. 3-4 W na port, gdy równoważne im rozwiązania na kabel o miedzianych parach skręconych wymagały ok. 25-30 W na port43.

 

 

 
 

standard

 

długość fali

 

źródło światła

 

medium

 

liczba włókien

 

zasięg

 

10GBASE-SR60

 

850 nm

 

laser

 

MM

 

2

 

300 m

 

10GBASE-LR61

 

1310 nm

 

laser

 

SM

 

2

 

10-25 km

 

10GBASE-LRM62

 

1310 nm

 

laser

 

MM

 

2

 

220 m

 

10GBASE-ER63

 

1550 nm

 

laser

 

SM

 

2

 

40 km

 

10GBASE-ZR64

 

SONET/SDH PHY

 

SM

 

2

 

80 km

 

10GBASE-LX465

 

WDM

 

laser

 

MM

 

8

 

220 m

 

10GBASE-LX4

 

1300 nm

 

laser

 

SM

 

8

 

10 km

 

Tab. 2 Zestawienie odmian standardu 10GBASE-F [opracowanie własne]

 

 

 

2.4.2 Ethernet dla kasetowych urządzeń przemysłowych.

 

 Przez blisko dwa dziesięciolecia, od początku istnienia standardu Ethernet, istotnym problemem było budowanie urządzeń modułowych – mostów pomiędzy segmentami sieci zbudowanymi na podstawie różnych mediów, przełączników o wielu interfejsach, routerów i innych – stosowanych w przemyśle, w punktach węzłowych u dużych operatorów sieci i ośrodkach obliczeniowych. W każdym z tych urządzeń, zbudowanych w postaci ramy bądź kasety dostarczającej bazy montażowej, zasilania i szyny połączeniowej montowano wkładki pełniące funkcję interfejsów rozmaitego typu, pól przełączających (komutacyjnych) czy procesorów zarządzających ruchem. Każdy z producentów wdrażał autorskie rozwiązania magistral o różnej przepustowości i liczbie obsługiwanych kart, różniących się również poziomami sygnałów, ich ilością i konstrukcją złącz. Brak zgodności pomiędzy urządzeniami różnych producentów zmuszał nabywców do konsekwentnego stosowania wyrobów jednego, wybranego producenta, nawet gdy było to niekorzystne ze względów technicznych lub finansowych. Niemożność zastępowania modułów, wynikający z braku unifikacji złącz i sygnałów doprowadził w 2003 roku do połączenia sił 156 specjalistów z 33 firm – producentów i wielkich odbiorców sprzętu przemysłowego do rozpoczęcia prac nad standardem Ethernetu dla urządzeń modułowych (3). Na ich wniosek w IEEE powołano zespół 802.3ap44 Task Force, na którym spoczął trud opracowania warunków technicznych, jakim muszą odpowiadać płyty bazowe z interfejsami Ethernet do modularnych urządzeń sieciowych Backplane45 Ethernet46. „Backplane Ethernet wspiera adresację IEEE 802.3 MAC oraz określa zasady autonegocjacji by pozwolić, aby dwa urządzenia dzielące magistralę au-tomatycznie wybierały dla siebie najlepszy sposób komunikacji. Backplane Ethernet defi-niuje warstwę fizyczną, a nie protokoły. Standard 802.3ap wspiera przesyłanie danych na odległość do 1 metra, wliczając w to też złącza.” (3).

 

 

 Ze względu na zróżnicowane zapotrzebowania, opracowano trzy standardy Backplane Ethernetu, różniące się pod względem prędkości i liczbie wykorzystywanych par ścieżek miedzianych na magistrali (Rys. 6).
  • 1000BASE-KX – transmisja szeregowa z prędkością 1Gb/s na dwóch parach ścieżek, po jednej parze w każdym kierunku (wyróżnione kolorem różowym),
  • 10GBASE-KX4 – transmisja równoległa z prędkością 10Gb/s na ośmiu parach ścieżek, po 4 w każdym kierunku (wyróżnione kolorem zielonym),
  • 10GBASE-KR – transmisja szeregowa z prędkością 10Gb/s na dwóch parach, po jednej parze w każdym kierunku (wyróżnione kolorem niebieskim).

Backplane Ethernet in ISO/OSI

 

Rys. 6 Backplane Ethernet w modelu ISO/OSI47

 

 

 

 Materiałem konstrukcyjnym, wykorzystywanym do produkcji pasywnych płyt magistralnych Backplane Ethernetu jest laminat epoksydowo szklany FR-4 o podwyższonych parametrach (ang. improved FR-4). Wymagania stawiane parom miedzianych ścieżek przewodzących, umieszczonych pomiędzy warstwami dielektryka (mieszaniny chemoutwardzalnych żywic epoksydowych i włókien szklanych), przeznaczonym do przenoszenia sygnałów bardzo wielkiej częstotliwości stawia się wysokie wymagania w zakresie minimalizacji tłumienia48 wynikłego zarówno z oporności ścieżek, stratności dielektryka jak i efektu naskórkowego49.P onadto, ze względu na konieczność dostarczania zasilania (dużej mocy) do modułów aktywnych za pomocą płyty pasywnej istotne stały się aspekty termiczne50 (wytrzymałość na odkształcenia mechaniczne związane z rozszerzalnością cieplną, oraz degradacją kompozytowego materiału podłoża w miejscach lokalnego przegrzewania). Przykładowe rozwiązanie Backplane Ethernetu  w wykonaniu firmy Molex prezentuje fotografia (Fot. 10).

 

 

 

Backplane Ethernet example, przykłądowa płyta pasywana dla Ethernetu

 
Fot. 10 Płyta referencyjna Backplane Ethernet systemu I-trac firmy Molex51
 

2.5 Perspektywy dla Ethernetu bazującego na przewodach miedzianych

 

 Pomimo ekspansji Ethernetu w kierunku mediów światłowodowych można domniemywać, że rozwiązania bazujące na przewodach miedzianych w dalszym ciągu będą wykorzystywane w wielu zastosowaniach, jak również będą prowadzone prace nad ulepszaniem takich rozwiązań.

 Obserwując zapotrzebowanie centrów przetwarzania danych, gdzie na ograniczonej przestrzeni komasuje się wiele portów o wysokiej przepływności i wymaganych małych opóźnieniach, można wywnioskować, że korzystniejsze będzie zastosowanie przesyłu na drodze elektrycznej niż optycznej. Przypuszczenie to opieram na następujących przesłankach:

  • Wszelkie komputery pracują, obrabiając sygnały elektryczne.
  • Urządzenia sterujące przepływem informacji (przełączniki, routery) w swojej wewnętrznej strukturze przełączają sygnały elektryczne.
  • Każdy układ konwersji sygnałów elektrycznych na optyczne wnosi dodatkowe opóźnienia wynikłe ze zmiany sposobu modulacji, kodowania, naliczenia sum kontrolnych czy też po prostu wprowadzenia dodatkowych elementów aktywnych.
  • Każdy dodatkowy układ konwertujący sygnały zwiększa zawodność toru, ze względu na większą liczbę miejsc, w których mogą nastąpić przekłamania informacji, jak i zwiększenie liczby modułów potencjalnie narażonych na awarię.

 W sieciach dostępowych powszechność Ethernetu z okablowaniem miedzianym może zależeć od możliwości zasilania urządzeń abonenckich (telefony IP, terminale, netbooki, czujniki pomiarowe, kamery, czytniki RFID52) za pomocą niskiego, bezpiecznego, napięcia dostarczonego kablem skrętkowym wraz z sygnałem transmisji danych w technologii PoE (ang. Power over Ethernet53).

 Poważnym argumentem za utrzymaniem sieci miedzianych są miliardy używanych na świecie portów Ethernet oraz dziesiątki milionów instalacji sieciowych bazujących na kablach skrętkowych. Nie do przecenienia jest też fakt, że urządzenia te, dzięki ciągłości podstawowych koncepcji, można bezproblemowo łączyć ze sobą – pomimo ogromnej różnicy w oferowanych parametrach.

 Wszelkie rozwiązania światłowodowe wydają się mieć zastosowanie w sieciach miejskich, rozległych, w instalacjach przemysłowych i innych specjalnego przeznaczenia, znakomicie uzupełniając rozwiązania miedziane.

 Pomimo trudności związanych ze zrealizowaniem sieci 40- i 100-gigabitowych dla kabla skrętkowego, a także większemu niż przy rozwiązaniach światłowodowych nakładowi środków technicznych (zarówno pod względem układowym i energetycznym) w przypadku 10 Gb/s na miedzi, cały czas wiodące firmy i instytuty prowadzą badania mające na celu opracowanie układów, które uczynią sieci 10-100 Gb/s popularnymi i dostępnymi.

 Oba te rozwiązania, w dobie podobnej ceny medium miedzianego i światłowodowego, będą dalej równolegle się rozwijać, ale nic nie wskazuje na to, by sieci zbudowane na podstawie kabli miedzianych zostały w najbliższym dziesięcioleciu całkowicie wyparte przez sieci optyczne.

 

3 Ethernet zrealizowany z wykorzystaniem kabli miedzianych o parach skręconych od 10 Mb/s do 10 Gb/s – sygnały, mechanizmy

 

na następnej stronie...

 

 


  1. Bob Metcalfe – doktor nauk technicznych, inżynier informatyk, współzałożyciel firmy 3Com, wieloletni pracownik firmy Xerox. Doktorat na uniwersytecie MIT w 1973 r. W 2005 roku nagrodzony przez prezydenta USA medalem National Medal of Technology za wynalezienie, standaryzację i upowszechnienie sieci Ethernet.
  2. David Reeves Boggs – doktor nauk technicznych, inżynier elektronik. Doktorat na uniwersytecie Stanforda w 1982 r. Współtwórca standardu Ethernet i wczesnych prototypów urządzeń sieciowych (kart, koncentratorów, regeneratorów sygnału), a także protokołów komunikacyjnych.
  3. Kabel koncentryczny – kabel o przewodach ułożonych współosiowo, centralnym rdzeniu przewodzącym powleczonym izolacją, na powierzchni którego znajduje się metalowa powłoka ekranująca w postaci oplotu, folii bądź wielowarstwowej kombinacji foliowo-drucianej, ostatecznie powleczony powłoką izolacyjno-zabezpieczającą z tworzywa sztucznego. Parametry elektryczne i propagacyjne kabla są ściśle uzależnione od jego wymiarów geometrycznych (stosunku średnic przewodników) i stałej dielektrycznej izolatora rozdzielającego przewodniki (9 strony 30-50,66-67). W sieciach komputerowych kabel koncentryczny zakończony rezystorami o rezystancji równej impedancji charakterystycznej kabla jest zamkniętym, odizolowanym od otocznia ośrodkiem propagacji sygnału elektrycznego. Zjawiska fizyczne zachodzące w kablu koncentrycznym opisuje teoria linii długich. Por. „Linie przesyłowe i rezonansowe” (9).
  4. Impedancja (moduł impedancji, opór całkowity, zawada) – opór pozorny obwodów elektrycznych dla prądu przemiennego. Składa się z części rzeczywistej (rezystancji, analogicznie jak dla prądu stałego) i urojonej (reaktancji) wprowadzanej przez składową pojemnościową lub indukcyjną - przyp. aut..
  5. CSMA/CD (ang. Carrier Sense Multiple Access / with Collision Detection). Patrz: „IEEE Std 802.3™-2005 Standard for Information technology - Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks - Specific Requirements” (97) oraz „Sieci LAN, MAN i WAN - Protokoły komunikacyjne” (84 strony 133-143).
  6. Na podstawie: tamże.
  7. Definicja bajtu Start of Frame po raz pierwszy pojawiła się w 1987 roku, w dokumentach standaryzacyjnych IEEE. Por. „IEEE 802.3x and IEEE 802.3y-1987” .
  8. Na podstawie: CSMA/CD (ang. Carrier Sense Multiple Access / with Collision Detection). Patrz: „IEEE Std 802.3™-2005 Standard for Information technology - Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks - Specific Requirements” (97).
  9. Ograniczenie to wynikało z większego niż w przypadku grubszego kabla RG-8/U tłumienia jednostkowego. Zasięg 185 metrów był określony teoretycznie, przy założeniu znormalizowanych parametrów sygnału, jednakże niektóre firmy, np. 3Com, przekraczały tę barierę, rozszerzając zasięg nawet do 300 m za pomocą nadajników o zwiększonej sile sygnału i zwiększonej ilości harmonicznych - dzięki prostemu zabiegowi ograniczenia skuteczności filtracji w układzie sprzęgu z kablem – przyp. aut.
  10. Wprowadzanie w tor koncentryczny nawet krótkich odgałęzień powoduje lokalne zaburzenia impedancji, zaś obecność dwóch dodatkowych złącz w torze - zwiększenie tłumienia sygnału oraz, w związku ze zmianami średnic elementów lokalne odbicia od punktów nieciągłości medium. Wprowadzanie kolejnych odgałęzień mogłoby powodować zbyt daleko idącą degradację sygnału i związaną z tym zwiększoną ilość błędnie odbieranych ramek – przyp. aut.
  11. Złącze RJ-45 jest rozwinięciem znanych i szeroko stosowanych telefonicznych złącz modularnych, np. RJ-9 o czterech stykach czy RJ-11 i RJ-12 o dwóch, czterech lub sześciu stykach. W odróżnieniu od nich ma nieco szerszy korpus mieszczący osiem styków. Konstrukcja gniazda i przyporządkowanie par do określonych celów pozwoliło na integrację usług sieciowych i telefonicznych na tym samym okablowaniu. Miało to istotny wpływ na upowszechnienie sieci bazującej na kablach o parach skręconych. W tym okresie powstało pojęcie „okablowania strukturalnego” pozwalającego na przyłączenie różnorakiej usługi (telefon konwencjonalny, telefon cyfrowy ISDN, sieć komputerowa, czujniki alarmowe czy sygnał telewizji dozorowej) bez potrzeby doprowadzania specjalistycznych kabli – przyp. aut.
  12. Skonstruowanie pierwszego przełącznika przypisuje się amerykańskiej firmie Kalpana, która w 1989 wypuściła na rynek pierwszy model takiego urządzenia. Firma ta działała w latach 80-tych i 90-tych XX wieku opracowując interesujące rozwiązania, jak EtherChannel – Standard zwiększania szybkości łącza pomiędzy przełącznikami dzięki zastosowaniu wielu równolegle prowadzonych łącz. W 1994 roku Kalpana została przejęta przez Cisco Systems. Na podstawie: „The 10 Most Important Products of the Decade" (52).
  13. Szacuje się, że wymagania energetyczne układów potrzebnych do obsługi pojedynczego portu Ethernet 10BASE-T wynoszą poniżej 2W w czasie nadawania/odbioru i poniżej 500mW w czasie braku transmisji. – na podstawie materiałów katalogowych firm Intel, Micro Linear, Digi i SMC, wymienionych w spisie literatury.
  14. Por. „The Ethernet Evolution From 10 Meg to 10 Gig. How it all Works!” (37).
  15. PAM-5 (ang. Pulse Amplitude Modulation – 5 level) – Pięciopoziomowa impulsowa modulacja amplitudy, w której wartość określonych poziomów napięcia oznacza 3 bitowy symbol: 000=0V, 001=+1V, 010=-1V,011=-2V,100=+2V. Pozwala przesłać większy strumień informacji w jednostce czasu, niż wynikałoby to ze zwiększenia częstotliwości sygnału bazowego – przyp. aut.
  16. Specyfikacja kabli i osprzętu kategorii 5 – patrz: „ANSI/TIA/EIA-568-A-1995” (24).
  17. Na podstawie: „Cat 5 can handling Gigabit Ethernet” (36), „IEEE 802.3 Information technology — Telecommunications and information exchange between systems — Local and metropolitan area networks —Specific requirements Annex 40A Additional cabling design guidelines” (97).
  18. W zależności od jakości miedzi i staranności wykonania, przewody kategorii 5 niektórych producentów spełniają wymagania dla 1000BASE-T. Wynika to ze spełnienia dopuszczalnych wartości tłumienia i przesłuchów. Konieczna jest jednakże weryfikacja takiej instalacji (ponowne pomiary) – przyp. aut.
  19. Specyfikacja kabli i osprzętu kategorii 5e – patrz: „ANSI/TIA/EIA-568-B-2001” (77).
  20. Bardzo istotną rolę w klasyfikacji kabli odgrywa wartość parametru ACR (ang. attenuation to crosstalk ratio) który wyraża się poprzez różnicę najmniejszej wartości przesłuchu zdalnego i największego tłumienia ACR=Minimum (NEXT)–Maximum (ATTN.) - przyp. aut.
  21. Na podstawie: „Gigabit Ethernet czeka na swoje aplikacje” (27).
  22. ATM (ang. Asynchronous Transfer Mode) – szerokopasmowa technologia komunikacyjna, dzięki której możliwe jest przesyłanie danych komputerowych, sygnału głosowego i wizyjnego z zachowaniem gwarancji jakości usługi. Jest to standard, który obecnie może być stosowany w sieciach lokalnych, miejskich oraz rozległych. Informacja w tym standardzie przesyłana jest w postaci krótkich, 53-bajtowych pakietów (kapsułek ATM) opatrzonych w nagłówek o minimalnej wielkości (48 bajtów informacji + 5 bajtów nagłówka).
  23. Por. „Data Center Design Considerations” (56).
  24. SONET (ang. Synchronous Optical Network) – synchroniczna sieć optyczna – standard transmisji sygnałów telekomunikacyjnych z wykorzystaniem światłowodów, opracowany w latach 80-tych XX wieku w USA przez firmę Bell-Core, zestandaryzowany przez ANSI. Obecnie najszerzej rozpowszechniony standard łącz szkieletowych w telekomunikacji. Oferuje dziesięć szybkości transmisji w zakresie od 51,84 (STS-1na światłowodzie OC-1) do 9953,28 Mb/s (STS-192 na światłowodzie OC-192). STS – (ang. Synchronous Transport Signal) – podstawowy sygnał transportowy, OC – (ang. Optical Carrier) – łącze optyczne. Wersja przyjęta w Europie – SDH (and. Synchronous Digital Hierarchy) synchroniczna hierarchia systemów cyfrowych. W SDH podstawową jednostką transportową jest STM-N (ang. Synchronous Transport  Module) o prędkości 155,52Mb/s. Najczęściej stosowanymi wielokrotnościami są STM-4 (622,08Mb/s), STM-16 (2488,32Mb/s), STM-64 (9953,28Mb/s) oraz STM-256 (39813 Mb/s).
  25. Koncepcje rozwiązań Ethernetu pierwszej mili w technologii pasywnych sieci optycznych szerzej opisane w: „Ethernet - Sieci, Mechanizmy” (42 strony 65 - 76).
  26. Więcej informacji o koncepcji Ethernet End-to-End – patrz: „Ethernet - Sieci, Mechanizmy” (42 strony 9 - 18).
  27. Por. „The Ethernet Evolution From 10 Meg to 10 Gig. How it all Works!” (37) oraz „The Ethernet Effect: Collaboration, Interoperability and Adoption of new technologies” (62).
  28. Patrz: „Aquantia Announces Sampling of Industry’s First Low-Power 10GBASE-T Silicon for Mainstream Applications” (48).
  29. Patrz: „How SolarFlare Communications Broke the 10Gbps on UTP Barrier” (19).
  30. Patrz: „AQ1002 Product Brief - 10GBASE-T Ethernet PHY Transceiver” (16).
  31. Proponowane rozwiązanie bazujące na zespołach 4 (dla 40GBASE-CR4) lub 10 (dla 100GBASE-CR10) kabli Twinax (kable symetryczne ekranowane). Por. „802.3ba Copper cable assembly proposal” (57).
  32. Por. „40GBASE-KR4 backplane PHY proposal and Next Steps” (72).
  33. Por. „100GBASE-xR4 Discussion” (70).
  34. Por. „Update to Adopted 100GE 40km SMF PMD Baseline” (69).
  35. Por. „Update on IEEE 802.3BA 40 and 100GE” (73), „Proposed Characteristics for 40GBASE-SR4 & 100GBASE-SR10 TP1 & TP4 PMD Service Interfaces” (74) oraz „100/40 GbE PMA Proposal” (75).
  36. Por. „802.3ba Copper cable assembly proposal” (57).
  37. Wszystkie dostępne obecne opracowania są jedynie propozycjami rozwiązań, wersjami roboczymi i wynikami badań – przyp. aut.
  38. Por: „A Historical Perspective of Ethernet" (14)
  39. Opracowanie własne na podstawie: tamże, oraz innych materiałów zebranych w spisie literatury.
  40. Standard 10BASE-FB definiował użycie jako punktu centralnego – pasywnego rozdzielcza sygnału optycznego, nie posiadającego elementów elektronicznych i nie wymagającego zasilania, do którego można było przyłączyć maksymalnie 33 urządzenia. Sumaryczna długość segmentu światłowodowego nie mogła przekraczać 500 m – patrz  „Ethernet optyczny - przykład światłowodowej sieci LAN 10BASE-F i 100BASE-FX” (83). Specyfikacja 10BASE-F/FB/FL – por. „IEEE Std 802.3™-2005 Standard for Information technology – Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks – Specific Requirements” (97 pp. part 1, 425-450).
  41. Ferrula – tuleja z ceramiki spiekanej z tlenków glinu lub innego materiału o dużej sztywności i stałości wymiarów w funkcji czasu i temperatury. Jest kluczowym elementem złącza. Zapewnia prawidłowe, osiowe ustawienie czoła światłowodu w stosunku do aktywnego elementu nadajnika bądź odbiornika – przyp. aut.
  42. Zasięgi 70-100 km w rozwiązaniu 1000BASE-ZX osiągnąć można stosując np. moduły GBIC firmy CISCO, typu WS-G5487. Por. „IEEE P802.3ba Task Force meeting” (76).
  43. Porównanie zapotrzebowania energetycznego portów 10GBase-T bazuje na materiałach katalogowych firmy Intel. Patrz: „10 Gigabit AT Server Adapter EXPX9501AT for 10GBASE-T” (13).
  44. Patrz: „IEEE Std 802.3™-2005 Standard for Information technology - Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks - Specific Requirements” (97) oraz „IEEE 802.3ap „Backplane Ethernet” Overview” (32).
  45. Backplane, BP – rodzaj pasywnej płyty głównej urządzenia modułowego, skupiający złącza kart rozszerzeń połączone wspólną magistralą. Zawiera elementy niezbędne do jej prawidłowego funkcjonowania, np. dopasowania linii i czy rezystory zakańczające linię (terminatory). Oprócz funkcji transmisji danych pełni funkcję dystrybutora zasilania i sygnalizacji. Cechą wyróżniającą standard 802.3ap od innych rozwiązań magistralowych jest fakt, że po liniach magistrali przesyłane są ramki Ethernetowe. Jednym z najbardziej rozpowszechnionych rozwiązań BP w urządzeniach sieciowych jest magistrala opracowana przez CISCO Inc. dla potrzeb modularnych routerów serii 7000 i przełączników  Catalyst – przyp. aut.
  46. Por. Materiały z IEEE P802.3ap Backplane Ethernet Task Force Symposium „Informative Model Methodology Update” (86), „802.3ap backplane Ethernet PAM-4 Link Analysis” (85), „The State of IEEE 802.3ap Backplane Ethernet” (28) oraz „IEEE 802.3ap Backplane Ethernet Overview” (32).
  47. Rysunek z materiałów konferencyjnych. Por. „The State of IEEE 802.3ap Backplane Ethernet” (28).
  48. Porównanie tłumienia wprowadzanego przez ścieżki wykonane w technologii tradycyjnego FR-4 i laminatów o podwyższonych parametrach – patrz: „Design of Multi Multi-Gigabit ATCA Backplanes and Logic Card Interfaces” (105) i „Constructing ~1M Improved FR4 Channels with the New Attenuation Limit” (103).
  49. Efekt naskórkowy – zjawisko niekorzystne, powodujące, że prąd wielkiej częstotliwości nie płynie całym przekrojem przewodnika, tylko jego warstwą bliską powierzchni (co zmniejsza użyteczny przekrój przewodu, a tym samym zwiększa straty przesyłowe). Powstaje na skutek oddziaływania wirowych pól magnetycznych indukowanych w przewodzie przewodzącym prąd o wielkiej częstotliwości – przyp. aut..
  50. Więcej informacji na temat zagadnień cieplnych i mechanicznych uwzględnianych w budowach płyt drukowanych – patrz: „Reengineered FR-4 Base Materials for Improved Multilayer PCB Performance” (102).
  51. Fotografia z materiałów firmy Molex. Por: „Molex I-Trac Reference Backplane Channel Performance for 10G Serial Backplane Ethernet Applications: 10GBASE-KR” (104).
  52. RFID (ang. Radio Frequency Identification) – systemy identyfikacji produktów, osób, czasu pracy bazujących na odczycie kart (etykiet) zbliżeniowych (działających poprzez sprzężenie indukcyjne) poprzez specjalne czytniki – przyp. aut.
  53. Standard PoE, IEEE 802.3af oraz najnowszy IEEE 802.3at z 2008 roku definiują wszelkie zagadnienia związane z zasilaniem urządzeń sieciowych poprzez kabel skrętkowy napięciem stałym o napięciu w zakresie 36-57V. Najnowsza wersja, będąca w fazie opracowania, będzie pozwalała na zasilanie urządzeń pobierających do 40W mocy. Zasilanie urządzeń może odbywać się po dwóch lub czterech parach, oddzielnie, lub równolegle z sygnałem danych. Por. „Ethernet - sieci, mechanizmy” (42 strony 127-134).
  54. 1000BASE-LX – standard IEEE 802.3, klauzula 38 Por: „IEEE Std 802.3™-2005 Standard for Information technology – Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks – Specific Requirements” (97 pp. part 3, sect. 3, 103-130).
  55. Por. tamże.
  56. 1000BASE-LH nie jest standardem IEEE. Oznaczenie takie funkcjonuje np. w materiałach firmy CISCO, jako nieformalne, lecz przyjęte do stosowania rozszerzenie standardu 1000BASE-LX. Por: „The Ethernet Evolution From 10 Meg to 10 Gig. How it all Works!” (37).
  57. 1000BASE-ZX również nie jest standardem IEEE. Por. tamże.
  58. 1000BASE-LX10 – standard IEEE 802.3. Por: „IEEE Std 802.3™-2005 Standard for Information technology – Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks – Specific Requirements” (97 pp. part 3, sect 5, 57-120).
  59. 1000BASE-BX10 – standard IEEE 802.3. Por: tamże.
  60. 10GBASE-SR (SR ang. short range) – standard IEEE 802.3, 2005, klauzula 49 i 52. Por. „IEEE Std 802.3™-2005 Standard for Information technology – Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks – Specific Requirements. Part 3: Carrier sense multiple access with collision detection (CSMA/CD) access method and physical layer specifications”97). (
  61. 10GBASE-LR (LR ang. long range) – standard IEEE 802.3 2005, klauzula 49 i 52. Por. tamże.
  62. 10GBASE-LRM (LRM ang. long range multimode) – standard IEEE 802.3aq, 2006. Por. „IEEE Standard for Information technology – Telecommunications and information exchange between systems – Local and metropolitan area networks Specific requirements. Part 3: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications Amendment 2: Physical Layer and Management Parameters for 10 Gb/s Operation Type 10GBASE-LRM ” (95).
  63. 10GBASE-ER (ER ang. extended range) standard IEEE 802.3, 2005, klauzula 49 i 52. Por. „IEEE Std 802.3™-2005 Standard for Information technology – Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks – Specific Requirements. Part 3: Carrier sense multiple access with collision detection (CSMA/CD) access method and physical layer specifications”97) (
  64. 10GBASE-ZR nie jest standardem IEEE. Oznaczenie takie funkcjonuje np. w materiałach firmy CISCO, jako nieformalne, lecz przyjęte do stosowania jako oznaczenie rozwiązania dostosowanego do wymagań sieci SONET/SDH. Por: „The Ethernet Evolution From 10 Meg to 10 Gig. How it all Works!” (37).
  65. 10GBASE-LX4 – standard IEEE 802.3, 2005 klauzula 49 i 53. Por. „IEEE Std 802.3™-2005 Standard for Information technology – Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks – Specific Requirements. Part 3: Carrier sense multiple access with collision detection (CSMA/CD) access method and physical layer specifications” (97 pp. sect. 1, 353-394).

Logo PZK h15 200dpi

Ruch Obywatelski Miłośników Broni