Perché il collegamento in fibra rimane attivo anche senza traffico?
Un collegamento 1000BASE-X già stabilito trasmette sequenze ordinate di idle tra un frame e l'altro. Questi schemi di bit aiutano a mantenere il recupero del clock e l'allineamento dei gruppi di codice.
Serializzazione
Il PCS codifica i byte prima che il modulo converta il segnale seriale in luce.
Allineamento
Riconoscere una virgola e poi verificare i gruppi successivi per stabilire la sincronizzazione.
Osservazione
Il PCS trasmette sequenze di idle, mentre una normale cattura mostra soltanto i frame consegnati.
Schemi funzionali, non schemi circuitali di un prodotto né tracce ottenute da misurazioni.
01 · Verificare la compatibilità del livello fisico
Verificare la modalità 1000BASE-X e la compatibilità dei moduli ottici.
02 · Distinguere i riscontri
Tenere distinti la potenza ottica, lo stato della codifica e i contatori dei frame.
03 · Riprodurre la prova
Usare frame numerati e confrontare i dati relativi alla stessa finestra temporale.
Lista di controllo per la verifica al banco
- Registrare la modalità di entrambe le porte e gli identificativi dei moduli.
- Registrare la potenza iniziale e i valori dei contatori di errore disponibili.
- Inviare frame di prova numerati e confrontare le variazioni dei contatori.
- Usare la diagnostica del PCS per identificare direttamente le sequenze ordinate.
Due switch industriali restano collegati tramite fibra Gigabit anche dopo aver scollegato i dispositivi che generano traffico. Una cattura di pacchetti può non mostrare alcun frame anche se nella fibra continua a transitare un segnale. Su un collegamento 1000BASE-X già stabilito, il trasmettitore invia sequenze ordinate di idle definite tra un frame e l'altro. Dal segnale in ingresso, il ricevitore all'altra estremità può recuperare il clock e riconoscere gli schemi di bit con cui allineare i gruppi di codice. Può quindi leggere il frame successivo non appena arriva.
Il percorso del segnale attraverso tre interfacce
Lo switch industriale gestito per guida DIN di FCTEL è un esempio di dispositivo con uplink Gigabit SFP. Le specifiche del prodotto indicano i supporti trasmissivi 1000BASE-SX e 1000BASE-LX. Questa guida riguarda il normale stato di trasferimento dati di questa classe di interfacce 1000BASE-X. SFP indica un fattore di forma del modulo. Prima di sostituire un modulo, verificare la modalità operativa e i moduli compatibili a entrambe le estremità.
Per trasmettere un frame, il MAC passa i byte del frame al sottolivello di codifica fisica (PCS). Il PCS rappresenta i dati e le informazioni di controllo sotto forma di gruppi di codice adatti al collegamento seriale. Il modulo converte in luce il segnale elettrico seriale. All'altra estremità il segnale viene riconvertito in forma elettrica; il ricevitore recupera il clock di campionamento, allinea e decodifica i gruppi di codice e consegna il frame ricevuto al proprio MAC. Per chiarezza, lo schema mostra queste funzioni separatamente. Nell'hardware reale, più funzioni possono essere integrate in un unico chip.
Un misuratore di potenza ottica e una cattura di pacchetti osservano punti diversi. Il misuratore rileva la quantità di luce che arriva in un intervallo di tempo. Una scheda di rete convenzionale acquisisce normalmente i frame che hanno già superato lo stadio di ricezione. Nessuna delle due misure indica se il ricevitore ha riconosciuto correttamente i gruppi di codice intermedi. Una cattura vuota è compatibile con la presenza di un segnale ottico attivo e la sola lettura della potenza non basta a confermare che la decodifica sia corretta.
Perché un byte di dati richiede dieci bit di linea
La codifica 8b/10b associa otto bit di dati a un gruppo di codice di dieci bit. Il codificatore seleziona un gruppo in base a una corrispondenza definita. Limita le sequenze di bit identici in modo che il ricevitore disponga di transizioni da usare per recuperare il clock di campionamento. Controlla inoltre la differenza tra il numero di uno e di zero nel lungo periodo, contribuendo a limitare la deriva della linea di base nei circuiti di ricezione.
Per ogni otto bit di dati, il collegamento seriale trasmette dieci bit di linea. Trascurando l'overhead dovuto all'incapsulamento in frame e alle sequenze di idle, una velocità dati di 1 Gb/s corrisponde quindi a una velocità di linea seriale di 1.25 Gb/s. Ogni simbolo binario di linea trasporta un bit, quindi la velocità di simbolo è pari a 1.25 GBd. La velocità effettiva a livello applicativo è inferiore alla velocità dati del MAC se si considerano le intestazioni, gli intervalli tra frame e l'overhead dei protocolli di livello superiore.
Il codificatore tiene traccia della disparità corrente (running disparity), che esprime lo sbilanciamento accumulato tra gli uno e gli zero già trasmessi. Alcuni caratteri hanno una forma positiva e una negativa, e la disparità corrente determina quale delle due è valida. Anche i gruppi di codice bilanciati devono rispettare le regole di codifica. Un ricevitore può segnalare un gruppo di codice non valido o una violazione della disparità. Poiché un'interferenza può anche trasformare un gruppo valido in un altro gruppo valido, la sequenza di controllo del frame, o FCS, resta utile per verificare il frame ricevuto.
Come il ricevitore riconosce l'idle e individua il confine tra i gruppi di codice
Un flusso composto da soli zero non offrirebbe al ricevitore alcuna transizione da seguire. Se dispone soltanto di un flusso grezzo di bit campionati, il ricevitore deve anche poter individuare l'inizio di ogni gruppo di dieci bit. La sequenza ordinata di idle di 1000BASE-X è composta da due gruppi di codice ammessi. Una sequenza di idle comune, /I2/, contiene il carattere di controllo K28.5 seguito dal carattere dati D16.2. La sequenza /I1/ usa D5.6 dopo K28.5 e ha un effetto diverso sulla disparità corrente.
In una delle forme di K28.5, ossia 0011111010, la sequenza iniziale 0011111 è lo schema di bit detto virgola. Fornisce al ricevitore un riferimento riconoscibile per l'allineamento. Durante la sincronizzazione, il ricevitore verifica anche i gruppi successivi. Il recupero del clock determina quando campionare il segnale. L'allineamento tramite virgola determina dove suddividere i campioni in gruppi. Il clock recuperato può essere stabile anche se il confine tra i gruppi è ancora errato.
Quando arriva il frame successivo, il PCS ne contrassegna l'inizio con un carattere di controllo. Ne contrassegna la fine con un carattere di terminazione e torna alla sequenza di idle applicabile. Una normale cattura di pacchetti non mostra questi caratteri di controllo del livello fisico come frame Ethernet. L'esempio riguarda collegamenti già stabiliti. Durante la negoziazione della configurazione, un collegamento può trasmettere sequenze ordinate di configurazione anche in assenza di traffico applicativo.
Verificare il collegamento in tre punti di osservazione
Predisporre un banco di prova isolato con moduli ottici compatibili tra loro e verificare la modalità delle porte. Usare una bretella corta per stabilire un collegamento stabile. Iniziare senza generare traffico di prova. Registrare lo stato dell'indicatore Link e la potenza ottica ricevuta. Usare la diagnostica digitale se è supportata sia dal modulo sia dal dispositivo che lo ospita; in alternativa, usare un misuratore ottico adatto seguendo la procedura del sito. I contatori dei frame non conteggiano come frame le sequenze di idle del PCS. Gli apparati possono comunque generare traffico di gestione proprio.
Inviare quindi dal lato A una breve raffica di frame numerati. Confrontare le variazioni dei contatori di trasmissione e ricezione e verificare che i numeri di sequenza corrispondano a quelli della cattura sul lato B. Se dopo la raffica i contatori del traffico smettono di aumentare mentre il collegamento rimane attivo, il dato è coerente con la trasmissione di sequenze di idle da parte del PCS. Per identificare l'esatta sequenza ordinata, usare uno strumento da banco o una funzione diagnostica del PCS che supporti 1000BASE-X. Una scheda convenzionale per la cattura non consente questa osservazione.
Se le interruzioni si ripetono, registrare nello stesso intervallo la potenza ottica, i cambiamenti di stato del collegamento e i valori dei contatori di errore disponibili. Un calo di potenza accompagnato dalla perdita di sincronizzazione o da ripetuti cambiamenti di stato del collegamento indica che occorre controllare i connettori, il verso delle fibre, i moduli e la velocità delle porte. Se la potenza rimane stabile ma aumentano gli errori di codifica a livello fisico, verificare il tipo di modulo, la qualità del collegamento e la configurazione delle porte. Se lo stato del collegamento e i contatori relativi alla codifica rimangono stabili ma aumentano gli errori sui frame o gli scarti, distinguere gli errori in ricezione dagli scarti in uscita e verificare quale porta di ingresso registra per prima l'errore. Consultare la documentazione del dispositivo per capire il significato di ciascun contatore e quali eventi rileva. Se un contatore non è disponibile, quel dato non è osservabile.
Documentare la prova al banco in modo che sia riproducibile
Per il frame di prova 17 mostrato nello schema, registrare l'ora di trasmissione, i numeri di sequenza in trasmissione e ricezione e lo stato di entrambe le porte. Rilevare i valori iniziali prima dell'invio e confrontare poi le variazioni dei contatori, così da escludere dalla prova gli errori precedenti. Se l'applicazione segnala l'invio ma il contatore di trasmissione dell'uplink ottico non varia come previsto, controllare la porta di ingresso usata per la prova e la decisione di inoltro. Se l'uplink di A trasmette il frame e la cattura di B non lo mostra, controllare il contatore di ingresso di B separatamente dalla cattura. Anche il filtraggio della cattura a valle della scheda di rete può impedire che un frame compaia.
Quando si sostituiscono i moduli, modificare una sola variabile alla volta. Lasciare invariati la modalità della porta e il collegamento in fibra, inserire un modulo di compatibilità nota e ripetere la stessa prova. Passare alla variabile successiva solo se necessario. In questo modo si può stabilire se la differenza osservata è legata alla coppia di moduli o alle condizioni del collegamento. Il frame 17 e la sequenza temporale sono esempi illustrativi, non misurazioni né dichiarazioni sulle prestazioni di un prodotto specifico.
Chiarire a quale livello fisico si applica la guida
1000BASE-T usa un meccanismo diverso a livello fisico su rame. Anche i moduli con lo stesso fattore di forma e le porte multivelocità possono funzionare in modalità diverse. La presenza di luce in ricezione, lo stato dell'indicatore Link sul pannello, la sincronizzazione del PCS e la corretta consegna di un frame del traffico operativo sono riscontri distinti. Registrarli separatamente, insieme agli identificativi dei moduli, alla modalità delle porte e alla sequenza di prova. In questo modo si può capire quale parte del collegamento è tornata a funzionare dopo la sostituzione di un modulo o un cambio di fibra.
Fonti e ambito di applicazione
AMD/Xilinx PG047 — 1000BASE-X (Appendice C) · IEEE 802.3 — K28.5 · Specifiche dello switch in fibra Gigabit FCTEL (in cinese)
Tradotto dall'articolo tecnico in cinese: Leggi l'articolo originale in cinese.
Domande frequenti
Una porta in fibra Gigabit smette di trasmettere tra un frame e l'altro?
Un collegamento 1000BASE-X già stabilito continua a trasmettere sequenze ordinate di idle.
A cosa serve la virgola K28.5?
Fornisce al ricevitore uno schema di bit riconoscibile per individuare il confine tra i gruppi di codice.
Una normale cattura di pacchetti può mostrare i gruppi di codice di idle?
Di norma, no. Usare uno strumento o una funzione diagnostica del PCS che supporti 1000BASE-X.
Approfondimenti
Codifica 4B/5B in Fast Ethernet · Potenza ottica e nitidezza del segnale
