10 Gigabit Ethernet
Jákó András
[email protected]
Tartalom
MAC XGMII 64B/66B PCS 64B/66B PCS
WIS
8B/10B PCS
LDPC PCS
PMA
PMA
PMA
PMA
PMD
PMD
PMD
AN
PHY
MDI Medium
Medium
Medium
Medium
10GBASE-R
10GBASE-W
10GBASE-X
10GBASE-T
Networkshop 2006.
10 Gigabit Ethernet
2
Tartalom
MAC XGMII 64B/66B PCS 64B/66B PCS
WIS
8B/10B PCS
LDPC PCS
PMA
PMA
PMA
PMA
PMD
PMD
PMD
AN
PHY
MDI Medium
Medium
Medium
Medium
10GBASE-R
10GBASE-W
10GBASE-X
10GBASE-T
Networkshop 2006.
10 Gigabit Ethernet
3
Medium Access Control • csak full-duplex – nincs CSMA/CD – a half-duplex mód már a GE-nél is feleslegesnek bizonyult • sőt, emiatt kellett kifejleszteni a Carrier Extensiont és a Frame Burstinget
Networkshop 2006.
10 Gigabit Ethernet
4
Tartalom
MAC XGMII 64B/66B PCS 64B/66B PCS
WIS
8B/10B PCS
LDPC PCS
PMA
PMA
PMA
PMA
PMD
PMD
PMD
AN
PHY
MDI Medium
Medium
Medium
Medium
10GBASE-R
10GBASE-W
10GBASE-X
10GBASE-T
Networkshop 2006.
10 Gigabit Ethernet
5
PHY jellemzők • LAN – WAN – LAN: „normális” Ethernet – WAN: egyszerűsített SDH keretezés
• átviteli közeg – optikai szálpár • multi, mono
– twinax kábel – csavart érpáros kábel
• soros – párhuzamos – soros: egyetlen ~10 Gbit/s jelfolyam – párhuzamos: több kisebb sebességű jelfolyam • „beépített” WDM • több réz vezető
Networkshop 2006.
10 Gigabit Ethernet
6
PHY taxonómia
párhuzamos LAN
z
WAN optikai szál
X
T
z
z
z
z
z z
twinax
z
z z
csavart érpár Networkshop 2006.
10GBASE-T
z
10GBASE-CX4
z
10GBASE-LX4
W
10GBASE-EW
10GBASE-LW
10GBASE-SW
10GBASE-ER
10GBASE-LR
10GBASE-LRM
10GBASE-SR
soros
R
z 10 Gigabit Ethernet
7
Tartalom
MAC XGMII 64B/66B PCS 64B/66B PCS
WIS
8B/10B PCS
LDPC PCS
PMA
PMA
PMA
PMA
PMD
PMD
PMD
AN
PHY
MDI Medium
Medium
Medium
Medium
10GBASE-R
10GBASE-W
10GBASE-X
10GBASE-T
Networkshop 2006.
10 Gigabit Ethernet
8
64B/66B PCS • 2 bit header + 64 bit payload • header – „01” után csupa adat – „10” után vezérlő információ, és esetleg adat is • az első byte adja meg a másik 7 struktúráját
– „00” és „11” érvénytelen • az érvényes header a 66 bites blokk határának detektálására is alkalmas
• scrambler – önszinkronizáló folyamkódoló – a header biteket nem kódolja, csak a másik 64 bitet
01 10
64 bit Ethernet adat formátum
Networkshop 2006.
vezérlő információ (és Ethernet adat)
10 Gigabit Ethernet
9
Tartalom
MAC XGMII 64B/66B PCS 64B/66B PCS
WIS
8B/10B PCS
LDPC PCS
PMA
PMA
PMA
PMA
PMD
PMD
PMD
AN
PHY
MDI Medium
Medium
Medium
Medium
10GBASE-R
10GBASE-W
10GBASE-X
10GBASE-T
Networkshop 2006.
10 Gigabit Ethernet
10
WAN PHY • két 10GE állomás között pont-pont SDH/SONET link • SDH VC-4-64c vagy SONET STS-192c – konyhanyelven STM-64 ill. OC-192
• ~9.58 Gbit/s adatsebesség (~9.95 Gbit/s vonali) – MAC és PHY között 10 Gbit/s – adáskor a MAC extra szünetet iktat be a keretek közé • ezeket a PHY eldobja • ami megmarad, az már belefér a ~9.58 Gbit/s-ba
– vételkor a PHY iktat be extra üres szimbólumokat a keretek közé • ezen a MAC nem csodálkozik
• WIS – WAN Interface Sublayer – egyszerűsített SDH keretezéssel látja el az adatfolyamot – kezeli az SDH riasztásokat
Networkshop 2006.
10 Gigabit Ethernet
11
Tartalom
MAC XGMII 64B/66B PCS 64B/66B PCS
WIS
8B/10B PCS
LDPC PCS
PMA
PMA
PMA
PMA
PMD
PMD
PMD
AN
PHY
MDI Medium
Medium
Medium
Medium
10GBASE-R
10GBASE-W
10GBASE-X
10GBASE-T
Networkshop 2006.
10 Gigabit Ethernet
12
8B/10B PCS • 8B/10B blokk kódolás – mint a GE-nél (1000BASE-X) – vezérlőinformációk elférnek a szimbólumtérben – órajel visszanyerhető a jelfolyamból
• négy párhuzamos jelfolyam – 3.125 Gbaud jelzési sebesség
Networkshop 2006.
10 Gigabit Ethernet
13
Tartalom
MAC XGMII 64B/66B PCS 64B/66B PCS
WIS
8B/10B PCS
LDPC PCS
PMA
PMA
PMA
PMA
PMD
PMD
PMD
AN
PHY
MDI Medium
Medium
Medium
Medium
10GBASE-R
10GBASE-W
10GBASE-X
10GBASE-T
Networkshop 2006.
10 Gigabit Ethernet
14
Optikai média típus 10GBASE-SR 10GBASE-SW
hullámhossz [nm]
multimódusú szálpár z
850
z
10GBASE-LRM
z‡
10GBASE-LX4
z‡
10GBASE-LR
monomódusú szálpár
1310
z z
10GBASE-LW
z
10GBASE-ER
z
10GBASE-EW
1550
z
• 10GBASE-LX4: 4 WWDM lambda 24.5 nm-enként ‡ mode-conditioning patch kábel szükséges Networkshop 2006.
10 Gigabit Ethernet
15
Optikai hatótávolság • monomódusú szálon – 10GBASE-L* : 10 km – 10GBASE-E* : 40 km
• multimódusú szálon függ a szál modális sávszélességétől is mag átmérő [μm] 62.5
50
modális sávszélesség [MHz*km]
áthidalható távolság [m]
850 nm
1300 nm
10GBASE-S* (~10 Gbaud)
10GBASE-LRM (~10 Gbaud)
10GBASE-LX4 (~3 Gbaud)
160
500
26
220
300
200
500
33
220
300
400
400
66
100
240
500
500
82
220
300
2000
500
300
220
300
• 10GBASE-LRM: vételi oldalon elektronikus diszperziókompenzáció Networkshop 2006.
10 Gigabit Ethernet
16
10GBASE-CX4 médium • twinaxiális kábel – olyan koaxiális kábelhez képest, mint a sajtburger a hamburgerhez képest • legalábbis az elnevezés…
– koaxiális kábelhez hasonlít, de belül két vezető van
• CX4 kábel = 8 twinax összefogva – irányonként 4
• Infiniband 4X csatlakozó • max. 15 m
Networkshop 2006.
10 Gigabit Ethernet
17
Transceiverek • Multi-Source Agreement (MSA) – több gyártó által közösen kialakított specifikáció – kvázi szabvány
• XENPAK, X2, XPAK
XFP
– a teljes PHY benne van
• XFP (10 Gbit Small Form Factor Pluggable) – csak a PMD van benne
XENPAK
XPAK
Networkshop 2006.
10 Gigabit Ethernet
18
Tartalom
MAC XGMII 64B/66B PCS 64B/66B PCS
WIS
8B/10B PCS
LDPC PCS
PMA
PMA
PMA
PMA
PMD
PMD
PMD
AN
PHY
MDI Medium
Medium
Medium
Medium
10GBASE-R
10GBASE-W
10GBASE-X
10GBASE-T
Networkshop 2006.
10 Gigabit Ethernet
19
10GBASE-T • • • •
kidolgozás alatt, 802.3an draft komoly kódolási és jelfeldolgozási arzenál jó minőségű kábel ami változatlan: – max. 100 m – RJ-45 – adás és vétel mind a négy érpáron • hibrid áramkörök
– auto-negotiation
Networkshop 2006.
10 Gigabit Ethernet
20
64B/65B, LDPC • 64B/65B – majdnem azonos a 64B/66B-vel • 1 bit jelzi, hogy a többi 64 tisztán adat-e vagy vezérlő is
• scrambler – önszinkronizáló folyamkódoló – mind a 65 bitet kódolja – más kódoló (polinom) a MASTER és a SLAVE PHY-n
• 50 db 65 bites blokkhoz 8 bit CRC • +1 kitöltő bit, hogy összesen 3259 legyen – ebből 3 * 512 bit marad kódolatlanul – a többi 1723 bithez LDPC kódolóval 325 bit paritás • Low-Density Parity-Check, lineáris blokk kódoló • 1723 + 325 = 2048 = 4 * 512
• 512 db 7 bites szó ( 3 * 512 + 4 * 512 ) – az első 3 bit védtelen – a második 4 hibajavító kóddal védett Networkshop 2006.
10 Gigabit Ethernet
21
64B/65B, LDPC kódoló 50 * 64 bit
Ethernet keret (+ vezérlő információk)
védtelen bitek védett bitek
64B/65B CRC-8
1
50 * 65
3
4
3
4
…
8
3
4
3
3
81 * 3 LDPC
325
3
4
3
1. Networkshop 2006.
4 2.
… …
3
4 430.
3
4
3
431.
10 Gigabit Ethernet
4 432.
… …
4 511.
3
4 512. 22
DSQ128, PAM16 • két, időben egymást követő 16 szintű PAM szimbólum – 256 kombináció
• ebből egy 128 elemű maximális távolságú konstelláció – DSQ: double square
PAM-16 (t+1) 15
0
PAM-16 (t) 0
Networkshop 2006.
15
10 Gigabit Ethernet
23
DSQ128, PAM16 (folyt.) • a 7 bites szó 3 kódolatlan bitje jelöli ki a csoportot – ezek között nagy lesz a távolság
• a 4 LDPC-vel kódolt bit pedig a csoporton belüli pozíciót – ezek között kisebb a távolság, de ezt kompenzálja a hibajavító kód
10
10
1
0
1
1
0
1
11
11
0
0010
0100
0101
0111
0110
1100
1101
1111
1110
1000
1001
1011
1010
01
01
11
0011
0
1
0
0001
00
00
00
10
10
1
0
Networkshop 2006.
0000
10 Gigabit Ethernet
24
Jelzési sebesség • 50 * 64 adatbit → 512 * 7 bit kódolva • 7 bit → 2 PAM16 szimbólum – 10 Gbit adat → 3.2 G szimbólum
• a PAM16 szimbólumok a 4 érpárra szét vannak osztva – 800 Mbaud jelzési sebesség (3.2 G / 4) – 1.25 ns szimbólumidő
Networkshop 2006.
10 Gigabit Ethernet
25
LDPC dekódolás • soft decision – a vett PAM-16 jel még az A/D konverzió előtt az LDPC dekóderhez kerül • az A/D konverziónál elveszne értékes információ • nem csak 16 diszkrét érték, hanem egy finom felbontású jelszint a dekóder bemenete • a dekóder egy valószínűségi értékként értelmezi ezt
• iteratív – esetleg több lépésben próbál hihetőnek tűnő adatblokkot reprodukálni – a sikerességet a 8 bites CRC-vel ellenőrzi
Networkshop 2006.
10 Gigabit Ethernet
26
DSP módszerek • Tomlinson-Harashima Precoding (THP) – a csatorna karakterisztikájának vizsgálata teszt mintákkal (train) • link inicializálásakor • később korrekciók
– ennek megfelelő equalizer használata adáskor
• visszhang elnyomás • közeli és távoli áthallás (NEXT, FEXT) elnyomása
Networkshop 2006.
10 Gigabit Ethernet
27
A 10GBASE-T kihívásai • nehéz megtalálni a jó kompromisszumot vevő oldalon a dekódolás és a DSP bonyolultsága és hatékonysága közt • nagy az interface energiaigénye – pillanatnyi cél: < 10 W
• az eddigi eredmények bíztatók – remélhetőleg hamarosan elkészül a szabvány kiegészítése – és előbb-utóbb termékek is megjelennek
Networkshop 2006.
10 Gigabit Ethernet
28
Tartalom
MAC XGMII 64B/66B PCS 64B/66B PCS
WIS
8B/10B PCS
LDPC PCS
PMA
PMA
PMA
PMA
PMD
PMD
PMD
AN
PHY
MDI Medium
Medium
Medium
Medium
10GBASE-R
10GBASE-W
10GBASE-X
10GBASE-T
Networkshop 2006.
10 Gigabit Ethernet
29
Cat6a UTP • Cat6a = augmented Cat6 – kidolgozás alatt, talán kész lesz 2006-ban
• mitől jobb? – sűrűbben megcsavart érpárok – a 4 érpár csavarása eltér egymástól – az érpárokat műanyag terelő pozícionálja a kábelben – vastagabb külső burkolat
Networkshop 2006.
10 Gigabit Ethernet
30
Köszönöm a figyelmet!
az előadás teljes szövege: http://splash.eik.bme.hu/ Networkshop 2006.
10 Gigabit Ethernet
31
