1

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Ethernet dobry na

wszystko

Krzysztof Nowicki

Katedra Teleinformatyki

Wydział Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki

Politechniki Gdańskiej

Auto-Negocjacja

2

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Przed Auto-Negocjacją

1. Ręczne ustawianie każdej końcówki w sieci, czyli

DUŻO roboty.

2. Możliwość wystąpienia błędów:

– Różne tryby duplexu

– Różne prędkości

– Parallel Detection

Celem realizacji procedur Auto-Negocjacji jest umożliwienie
współpracy różnych urządzeń w trybie o „najwyższym”,
akceptowanym przez wszystkie urządzenia, priorytecie.

3

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Co to jest Auto-Negocjacja

• Wymiana informacji o trybach działania urządzeń

podłączonych do tego samego kabla

• Ustawia najlepsze możliwe połączenie.
• Współpracuje z warstwą MAC
• Jest kontrolowana przez zarządzanie warstwy

fizycznej.

4

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Auto-Negocjacja w modelu OSI-

100Mb/s

źródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials

5

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Auto-Negocjacja w modelu OSI –

1000 Mb/s (Gigabit ETH)

źródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials

6

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Mechanizm działania

• Proces Auto-Negocjacji generuje i wykorzystuje sygnały

zwane Fast Link Pulse (ang. FLP), które tworzą paczki (ang.

burst) składające się z 33 impulsów, z których 16 o

numerach parzystych przenosi informację, zaś 17 o

numerach nieparzystych wykorzystywanych jest do celów

synchronizacji.

• Brak impulsu informacyjnego pomiędzy kolejnymi

impulsami synchronizacji (w paczce) oznacza logiczne zero,

a jego pojawienie się - logiczną jedynkę. Sygnały FLP są

zmodyfikowaną wersją sygnałów NLP (ang. Normal Link

Pulse) stosowanych w 10Base-T.

7

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Auto-Negocjacja

Odstęp czasu pomiędzy poszczególnymi impulsami wynosi

62.5



s +/-7



s, a pomiędzy całymi słowami - 16ms +/-8ms.

17-33 NLP

Paczka FLP

Paczka FLP

NLP

NLP

~ 2ms

16 + 8ms

-

16 + 8ms

-

Długość trwania "słów" FLP i NLP

źródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials

8

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Przyglądamy się FLP

źródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials

9

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Słowo Kodowe LCW

• Istnieją 3 rodzaje słowa kodowego

1. Strona Bazowe (Base Page)

2. Strona Wiadomości (Message Page)

3. Strona Niesformatowana (Unformatted Page)

10

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Słowo Kodowe LCW

Są 3 rodzaje słowa kodowego:

1. Strona Bazowe (Base Page)

-

Zawsze wysyłane jako pierwsze

- Zawiera informacje o 10BASE-T, 100BASE-TX,
100BASE-T4 i zdolnościach PAUSE

- Reprezentuje początek procesu autonegocjacji

11

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Fast Ethernet – Auto-Negocjacja

Reasumując
W standardzie Fast Ethernet interfejsy sieciowe mogą pracować w wielu
trybach, w zależności od rodzaju wykorzystywanego w sieci medium.
Przypisanie priorytetów mediom a tym samym trybom pracy, od
najwyższego do najniższego, przedstawiono w tabeli

A:

100BASE-TX Full Duplex

B:

100BASE-T4

C:

100BASE-TX

D:

10BASE-T Full Duplex

E:

10BASE-T

12

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Gigabit Ethernet – Auto-Negocjacja

Wraz

z

wprowadzeniem

standardu

Gigabit

Ethernet

(1000BASE-T

oraz

1000BASE-SX/LX) rozwinięto mechanizm autonegocjacji między innymi o:
• wybór urządzenia nadrzędnego (ang. Master) i podrzędnego (ang. Slave) oraz
• pole opisujące czy urządzenie jest jedno czy wieloportowe (urządzenie typu
Master zostaje zawsze urządzenie wieloportowe - w przypadku takich samych
urządzeń następuje losowanie).

Wspólny, współdzielony przez oba urządzenia zegar umożliwia poprawę
parametrów echo oraz NEXT.

Przełączniki rozsyłają pakiety broadcastowe informujące sieć o tym, że są
urządzeniami typu master, natomiast karty sieciowe zainstalowane w urządzeniach
końcowych zachowują się wtedy jak urządzenia typu slave.

Master podczas transmisji danych korzysta z własnego zegara, natomiast slave
odzyskuje zegar z otrzymanych danych.

13

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Słowo Kodowe LCW

Następna Strona (NEXT PAGE)

• Następna strona pozwala na wymianę większej ilości informacji.

- np. informacji o 1000Base-T.

• Wymiana Następnej Strony sygnalizowana jest przez ustawienie bitu

Next Page

• Następuje po wymianie Strony Bazowej

•

Strona Wiadomości (Message Page)

- Każda zawiera numer kodu

- Standard definiuje co znaczy każdy numer kodu

•

Strona Niesformatowana (Unformatted Page)

- Zawiera 11 bitów informacji

- Może być definiowana przez wcześniejszą stronę
wiadomości.

14

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Spojrzenie „bit po bicie”

Bity specjalne:

- Acknowledge – potwierdza otrzymanie LCW
- Next Page – „będzie kolejna strona”
- Toggle –„to nie jest ta sama strona co wcześniej”
- Message Page – to jest strona wiadomości

źródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials

15

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Protokół Arbitracji

źródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials

16

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Protokół Arbitracji

źródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials

17

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Protokół Arbitracji

źródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials

18

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Protokół Arbitracji

źródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials

19

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Protokół Arbitracji

źródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials

20

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Protokół Arbitracji

źródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials

21

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Protokół Arbitracji

źródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials

22

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Protokół Arbitracji

źródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials

23

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Protokół Arbitracji

źródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials

24

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Protokół Arbitracji

źródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials

25

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Protokół Arbitracji

źródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials

26

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

źródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials

1)

Przesłanie

Strony Bazowej

2)

Przesłanie

Strony

Wiadomości,

jeśli takowej

nie ma przejdź

do 4.

3)

Przesłanie

ustalonej liczby

stron

niesformatowan

ych. Jeśli są

następne strony

przejdź do 2.

4)

Przesłanie

odpowiedniego

sygnału łącza.

Przesyłanie stron

27

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Parallel Detection

• Co jeśli tylko po jednej stronie będzie

uruchomiona autonegocjajca?

• Zasada Half-Duplex i problem z nią

związany.

28

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Priorytety

• Kiedy dwa

urządzenia są

połączone, przed

ustawieniem łącza

wymieniają się

informacjami co

wpiera każde

urządzenie.

• Jest określona

kolejność wg

której urządzenia

powinny

próbować się

łączyć.

• 1000BASE-T full duplex

• 1000BASE-T

• 100BASE-T2 full duplex

• 100BASE-TX half duplex

• 100BASE-T2

• 100BASE-T4

• 100BASE-TX

• 10BASE-T full duplex

• 10BASE-T half duplex

29

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Gigabit Ethernet – Auto-Negocjacja

skrętki podsumowanie

Wprowadzone dodatki wydłużyły proces autonegocjacji o około sekundę w stosunku do poprzednich

wersji Ethernetu

(z niecałych

czterech sekund do około pięciu

od momentu włączenia urządzenia).

Tabela priorytetów autonegocjacji

A:

100BASE-TX Full Duplex

B

:

100BASE-T4

C:

100BASE-TX

D:

10BASE-T Full Duplex

E:

10BASE-T

Tabela priorytetów autonegocjacji Fast/Ethernet

30

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Autonegocjacja a 10GBASE-T

Zmiany dla 10GBASE-T:

- Rozwinięta Kolejna Strona (eXtended Next Page – XNP)

- zoptymalizowane czasy i parametry diagramu stanów

- dodatkowe zdolności dla 10GBASE-T

- dodatkowe funkcje zarządzania dla 10GBASE-T

31

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

AutoNegocjacja 10GBASE-T w

modelu OSI

Umiejscowienie w

modelu OSI

analogicznie do

1000BASE-T.

źródło: UNH InterOperability Laboratory tutorials

32

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Rozwinięta Kolejna Strona

• Bit 12 strony bazowej został przeznaczony na znacznik

XNP.

• Nie nastąpiły inne zmiany strony bazowej!

• Jest zdefiniowana jedna strona XNP opisująca wszystkie

właściwości.

• Oba urządzenia muszą informować o zdolności do

przesyłania XNP aby mogła zajść taka wymiana.

• Jeśli oba urządzenia mają ustawione XNP, oba muszą

transmitować tylko XNP.

• Wszystkie inne zasady Kolejnej Strony nadal obligują.

• XNP ma zmienną długość od 16 do 48 bitów danych, od 17

do 97 impulsów zegarowych, od 2 do 6 ms.

• Bity specjalne są na tej samej pozycji co w zwykłej NP.

• 2 rodzaje XNP: Extended Message Page i Extended

Unformatted Page

33

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Rozwinięta Kolejna Strona

• Kod wiadomości znajduje się na bitach 0-10
• Dwa pierwsze niesformatowane kody znajdują się

na bitach 16-26 i 32-42.

• Dodatkowe niesformatowane kody znajdują się

na bitach 0-10, 16-26 i 32-42 rozwiniętej strony

niesformatowanej.

• Pozostałe bity transmitowane jako „0”.

34

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Optymalizacja czasów

• Czas pomiędzy startem jednej a drugiej serii FLP wynosi

teraz: 8 - 8,5 ms (drzewiej 8 –24 ms)

• Czas od końca jednej serii, a początkiem drugiej: 5,7 – 6,8

ms (dla strony 16 bit), 1,3 – 3,2 (dla strony 48 bit)
(drzewiej 5,7 – 22,3 ms)

• Link_fail_inhibit_timer – czas na połączenie po błędzie

przed restartem ANEG.

• nlp_test_min_timer – czas mierzony od początku serii FLP

do początku następnej serii. Żadna seria nie może się

zacząć gdy ten licznik się nie wyzeruje.

35

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Definicje 10GBASE-T XNP

• M0:M10 – kod wiadomości

(10dec)

• U0:U10 – bity Master-

Slave

• U11 – reczne ustawienie

Master-Slave 10GBASE-T

• U12 – ustawienie Master-

Slave 10GBASE-T

• U13 – typ portu
• 1000BASE-T full duplex

• U15 – 1000BASE-T half

duplex

• U16 – 10GBASE-T
• U17 – zdolność Loop

Timing

• U18 – tryb PHY short reach
• U19 – zarezerwowany
• U20 – reset treningu PMA
• U21:31 - zarezerwowane

• Strona bazowa pozostaje taka sama.
• Jest zdefiniowana jedna strona XNP opisująca

wszystkie właściwości.

36

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Master – Slave

• AutoNegocjacja dla prędkości 1Gbit oraz 10Gbit

negocjuje także które urządzenie jest Master, a

które Slave.

• Master korzysta ze swojego zegara
• Slave korzysta z zegara partnera - Mastera

37

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Rozwiązywanie Master-Slave

• Oba urządzenia obsługują Loop Timing:

- rozwiązywanie identyczne z 1000BASE-T
- Multiport przejmuje port pojedyńczy
- Jeśli te same porty – użyj losowego ziarna

• Jedno urządzenie obsługuje Loop Timing

- urządzenie obsługujące Loop Timing zostaje

SLAVE.

38

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Dodatkowe funkcje zarządzania

• Zgodnie z klauzulą 22 wszystkie rejestry

mają 22 bity – potrzeba 3 rejestrów do

obsługi XNP.

• Pozostałe rejestry są podobne lub

identyczne.

39

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Fiber Auto-Negotiation

• Urządzenia 1000BASE-SX i 1000BASE-LX także

wykorzystują autonegocjację.

• Negocjacji nie podlega prędkość (1Gbit/s) ale tryb duplex i

wybór Master – Slave.

• Ponieważ wykorzystują one światłowód, ANEG różni się od

tego na miedzi, choć koncepcja zostaje ta sama.

• Główną różnicą w ANEG na miedzi i światłowodzie jest

lokacja w stosie OSI.

• Ze względu na tę różnicę ANEG na miedzi może być

używany do różnych prędkości, a ANEG na światłowodzie

tylko dla urządzeń typu 1000BASE-X.

40

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Uporządkowane serie /C/

• Autonegocjacja na światłowodzie także używa

słów 16 bitowych, ale przesyła je używając serii

/C/, a nie FLP.

• /C/ zawiera informacje o 1000BASE-X full i half

duplex, ustawieniach PAUSE, zdalnym błędzie

(Remote Fault) i Kolejnej Stronie.

41

© K. Nowicki

Ethernet dobry na wszystko

Projektowanie i zarządzanie sieciami komputerowymi

Migracja do rozwiązań (1, 10, 40, 100)

Gigabitowego Ethernetu

Struktura sieci opartej o przełączniki

a) Fast Ethernet b) Gigabit Ethernet

100/10 Mb/s

100 Mb/s

100/10 Mb/s

100 Mb/s

100 Mb/s

1000 Mb/s

100 Mb/s

1000 Mb/s

100 Mb/s

1000 Mb/s

Przełącznik 1000/100 Mb/s

Gigabit Ethernet

Przełącznik 100/10 Mb/s

Fast Ethernet

a)

b)

Do niedawna GE (10GE) był stosowany głównie
pomiędzy przełącznikami i routerami,
przełącznikami i serwerami oraz do sprzęgania w
jeden organizm wielu użytkowników posiadających
duże wymagania odnośnie przepustowości
oferowanej przez sieć. Trzy scenariusze wdrażania
technologii GE:

1. Modyfikacja sieci szkieletowych Fast (Giga)
Ethernet (opartych na technologii przełączania),
polegająca na integrowaniu przełączników Fast
(Giga) Ethernetu z przełącznikami GE (10GE);

2. Modyfikacja łączy sprzęgających przełączniki z
serwerami. Szybka komunikacja stacji roboczych z
serwerami plików, aplikacji itp.;

3. Modyfikacja połączeń między przełącznikami. W
wyniku tej modyfikacji powstaną superszybkie
magistrale pomiędzy przełącznikami 1000/100 Mb/s

(10 Gb/s / 1 Gb/s)

. (100 Gb/s /1/10 Gb/s)