트래픽이 없어도 광 링크가 활성 상태를 유지하는 이유는 무엇인가요?
연결이 확립된 1000BASE-X 링크는 프레임 사이에 유휴 순서 집합(ordered set)을 전송합니다. 이러한 패턴은 클록 복구와 코드 그룹 정렬을 유지하는 데 도움이 됩니다.
직렬화
모듈이 직렬 신호를 빛으로 변환하기 전에 PCS가 바이트를 인코딩합니다.
정렬
콤마를 인식한 뒤 후속 그룹이 유효한지 확인하여 동기화를 확립합니다.
관찰
PCS는 유휴 순서 집합을 전송하지만, 일반적인 패킷 캡처에는 수신 처리 후 전달된 프레임만 표시됩니다.
기능을 설명하는 예시 그림이며, 제품 회로도나 실측 파형이 아닙니다.
01 · 양단의 PHY 맞추기
1000BASE-X 모드와 광 모듈의 호환성을 확인합니다.
02 · 관측 지표 구분하기
광 파워, 코딩 상태, 프레임 카운터를 서로 구분합니다.
03 · 시험 재현하기
일련번호를 붙인 프레임을 사용하고 동일한 시간 구간의 결과를 비교합니다.
벤치 검증 체크리스트
- 양쪽 포트의 모드와 모듈 식별자를 기록합니다.
- 기준 광 파워와 확인할 수 있는 오류 카운터 값을 기록합니다.
- 일련번호를 붙인 시험 프레임을 전송하고 카운터의 변화량을 비교합니다.
- PCS 진단 기능으로 순서 집합을 직접 식별합니다.
기가비트 광 링크로 연결된 산업용 스위치 두 대는 트래픽을 생성하는 장치를 분리해도 서로 연결된 상태를 유지합니다. 광섬유에 신호가 계속 흐르는데도 패킷 캡처에 프레임이 하나도 표시되지 않을 수 있습니다. 연결이 확립된 1000BASE-X 링크에서 송신기는 프레임 사이에 정해진 유휴 순서 집합을 전송합니다. 상대편 수신기는 들어오는 신호에서 클록을 복구하고, 식별 가능한 패턴을 이용해 코드 그룹을 정렬합니다. 그러면 다음 프레임이 도착하는 즉시 읽을 수 있습니다.
세 인터페이스를 거치는 신호 경로
FCTEL의 DIN 레일 장착형 관리형 산업용 스위치는 기가비트 SFP 업링크의 한 예입니다. 이 제품의 사양에는 1000BASE-SX 및 1000BASE-LX 전송 매체가 명시되어 있습니다. 이 가이드는 이러한 유형의 1000BASE-X 인터페이스가 정상적으로 데이터를 전송하는 상태를 다룹니다. SFP는 모듈의 폼 팩터를 나타냅니다. 모듈을 교체하기 전에 양단의 동작 모드와 호환 모듈을 확인하십시오.
프레임을 전송할 때 MAC은 프레임 바이트를 물리 코딩 부계층(PCS)에 전달합니다. PCS는 데이터와 제어 정보를 직렬 링크에 적합한 코드 그룹으로 표현합니다. 모듈은 전기 직렬 신호를 빛으로 변환합니다. 상대편에서는 이를 다시 전기 신호로 변환하고, 샘플링 클록을 복구한 뒤 코드 그룹을 정렬하고 디코딩하여 수신 프레임을 MAC에 전달합니다. 그림에서는 이해를 돕기 위해 이러한 기능을 구분해 표시했습니다. 실제 하드웨어에서는 여러 기능이 하나의 칩에 통합될 수 있습니다.
광 파워 미터와 패킷 캡처는 서로 다른 지점을 관측합니다. 광 파워 미터는 일정 시간 동안 들어오는 빛의 세기를 측정합니다. 일반적인 네트워크 어댑터는 보통 수신부를 이미 통과한 프레임을 캡처합니다. 어느 쪽으로도 수신기가 중간 단계의 코드 그룹을 올바르게 인식했는지는 알 수 없습니다. 광 신호가 활성 상태여도 캡처에 아무것도 나타나지 않을 수 있으며, 광 파워 측정값만으로는 디코딩이 정상인지 확인할 수 없습니다.
데이터 1바이트를 전송하는 데 회선 비트 10개가 필요한 이유
8b/10b는 데이터 비트 8개를 10비트 코드 그룹에 매핑합니다. 인코더는 정해진 매핑에 따라 코드 그룹을 선택합니다. 동일한 비트가 연속되는 길이를 제한해 수신기가 샘플링 클록을 복구하는 데 사용할 수 있는 신호 전이를 확보합니다. 또한 장기적으로 1과 0의 개수 차이를 제어하여 수신 회로의 기준선 변동을 줄이는 데 도움이 됩니다.
데이터 비트 8개마다 직렬 링크는 회선 비트 10개를 전송합니다. 따라서 프레이밍 및 유휴 오버헤드를 제외하면 1 Gb/s의 데이터 전송률은 1.25 Gb/s의 직렬 회선 전송률에 해당합니다. 이진 회선 심볼 하나가 1비트를 전달하므로 심볼 전송률도 1.25 GBd입니다. 헤더, 프레임 간 간격, 상위 계층 프로토콜 오버헤드를 고려하면 애플리케이션 처리량은 MAC 데이터 전송률보다 낮습니다.
인코더는 지금까지 전송한 1과 0의 누적 편차를 나타내는 러닝 디스패리티를 추적합니다. 일부 문자는 양과 음의 두 형태가 있으며, 현재 디스패리티에 따라 어느 형태가 유효한지 결정됩니다. 1과 0의 개수가 같은 코드 그룹도 인코딩 규칙을 따라야 합니다. 수신기는 유효하지 않은 코드 그룹이나 디스패리티 위반을 보고할 수 있습니다. 간섭으로 인해 유효한 코드 그룹이 다른 유효한 코드 그룹으로 바뀔 수도 있으므로, 수신 프레임을 검사하는 데 프레임 검사 시퀀스(FCS)가 여전히 필요합니다.
수신기가 유휴 상태를 인식하고 코드 그룹 경계를 찾는 방법
모든 비트가 0인 스트림에는 수신기가 추적할 신호 전이가 없습니다. 또한 수신기에 샘플링된 비트의 원시 스트림만 주어지면 각 10비트 그룹의 시작점을 알아낼 방법이 필요합니다. 1000BASE-X의 유휴 순서 집합은 유효한 코드 그룹 두 개로 구성됩니다. 일반적으로 쓰이는 유휴 순서 집합인 /I2/에서는 제어 문자 K28.5 뒤에 데이터 문자 D16.2가 옵니다. /I1/에서는 D5.6가 K28.5 뒤에 오며, 러닝 디스패리티에 미치는 영향도 다릅니다.
K28.5의 한 형태인 0011111010에서 맨 앞의 0011111가 콤마 패턴입니다. 이 패턴은 수신기가 정렬 위치를 식별하는 단서가 됩니다. 수신기는 동기화 과정에서 뒤따르는 그룹도 확인합니다. 클록 복구는 신호를 언제 샘플링할지 결정하고, 콤마 정렬은 샘플을 어느 지점에서 그룹으로 나눌지 결정합니다. 복구된 클록이 안정적이어도 그룹 경계는 여전히 잘못되어 있을 수 있습니다.
다음 프레임이 도착하면 PCS는 제어 문자로 프레임의 시작을 표시합니다. 프레임의 끝은 종료 문자로 표시한 뒤 해당 유휴 시퀀스로 돌아갑니다. 일반적인 패킷 캡처에는 이러한 물리 계층 제어 문자가 이더넷 프레임으로 표시되지 않습니다. 이 예는 연결이 확립된 링크를 설명합니다. 구성을 협상 중인 링크는 애플리케이션 트래픽이 없는 동안 구성 순서 집합을 전송할 수 있습니다.
세 관측 지점에서 링크 확인하기
서로 호환되는 광 모듈을 사용하고 포트 모드를 확인한 뒤, 다른 네트워크와 분리된 벤치 시험 환경을 구성합니다. 짧은 광 패치 코드를 사용해 안정적인 링크를 확립합니다. 처음에는 시험 트래픽을 발생시키지 않습니다. Link 표시 상태와 수신 광 파워를 기록합니다. 모듈과 호스트가 모두 지원하면 디지털 진단 기능을 사용하고, 그렇지 않으면 현장 절차에 따라 적절한 광 파워 미터를 사용합니다. 프레임 카운터는 PCS 유휴 순서 집합을 프레임으로 집계하지 않습니다. 다만 장비가 자체적으로 관리 트래픽을 생성할 수 있습니다.
다음으로 A측에서 일련번호를 붙인 시험 프레임을 소량 연속 전송합니다. 송신 및 수신 카운터의 변화량을 비교하고 B측 캡처의 일련번호와 대조합니다. 연속 전송이 끝난 뒤 트래픽 카운터가 더 이상 증가하지 않는데도 링크가 유지된다면, 이는 PCS가 유휴 순서 집합을 전송하는 동작과 일치합니다. 정확히 어떤 순서 집합인지 식별하려면 1000BASE-X를 지원하는 벤치 계측기나 PCS 진단 기능을 사용합니다. 일반적인 캡처 어댑터로는 이를 관측할 수 없습니다.
끊김이 반복되면 동일한 시간 구간의 광 파워, 링크 상태 변화, 확인할 수 있는 오류 카운터 값을 기록합니다. 광 파워가 떨어지면서 동기화가 끊기거나 링크 상태가 반복해서 바뀌면 커넥터, 광섬유의 송수신 방향, 모듈, 포트 속도를 점검합니다. 광 파워가 안정적인데 물리 계층 코딩 오류가 증가하면 모듈 유형, 링크 품질, 포트 설정을 확인합니다. 링크 상태와 코드 관련 카운터는 안정적인데 프레임 오류나 폐기 건수가 증가하면 수신 오류와 송신 측 폐기를 구분하고, 어느 입력 포트에서 오류가 처음 기록되는지 확인합니다. 각 카운터의 의미와 집계 범위는 장비 문서를 참조하십시오. 카운터가 없으면 해당 항목은 관측할 수 없습니다.
벤치 시험을 재현할 수 있도록 기록하기
그림의 시험 프레임 17에 대해 송신 시각, 송신 및 수신 일련번호, 양쪽 포트의 상태를 기록합니다. 이전 오류가 이번 시험에 포함되지 않도록 전송 전에 기준값을 기록하고 전송 후 카운터의 변화량을 비교합니다. 애플리케이션에는 송신으로 표시되지만 광 업링크의 송신 카운터가 예상대로 증가하지 않으면 시험 프레임이 들어오는 포트와 포워딩 결정을 확인합니다. A의 업링크에서 프레임을 송신했지만 B의 캡처에서 보이지 않으면 B의 입력 포트 카운터를 캡처 결과와 별도로 확인합니다. 네트워크 어댑터 이후 단계에서 적용되는 캡처 필터 때문에 프레임이 보이지 않을 수도 있습니다.
모듈을 교체할 때는 한 번에 변수 하나만 바꿉니다. 포트 모드와 광섬유는 그대로 두고 호환성이 확인된 모듈로 교체한 다음 같은 시험을 반복합니다. 필요한 경우에만 다음 항목을 변경합니다. 이렇게 하면 차이가 모듈 조합에서 비롯됐는지, 링크 조건에서 비롯됐는지 판단할 근거를 남길 수 있습니다. 프레임 17과 타임라인은 설명용 예시이며, 특정 제품의 측정값이나 성능을 나타내는 주장이 아닙니다.
물리 계층의 적용 범위 구분하기
1000BASE-T는 구리 케이블에서 다른 물리 계층 메커니즘을 사용합니다. 폼 팩터가 같은 모듈과 멀티레이트 포트도 서로 다른 모드로 동작할 수 있습니다. 광 신호의 수신, 패널의 Link 표시, PCS 동기화, 업무 트래픽 프레임의 정상 전달은 각각 별개의 관측 지표입니다. 이러한 지표를 모듈 식별자, 포트 모드, 시험 순서와 함께 각각 기록합니다. 그러면 모듈을 교체하거나 광섬유를 변경한 후 링크의 어느 부분이 복구되었는지 파악할 수 있습니다.
출처와 적용 범위
AMD/Xilinx PG047 — 1000BASE-X(부록 C) · IEEE 802.3 — K28.5 · FCTEL 기가비트 광 스위치 사양(중국어)
다음 중국어 기술 문서에서 번역: 중국어 원문 읽기.
자주 묻는 질문
기가비트 광 포트는 프레임 사이에 아무 신호도 보내지 않나요?
연결이 확립된 1000BASE-X 링크는 유휴 순서 집합을 계속 전송합니다.
K28.5 콤마의 역할은 무엇인가요?
수신기가 코드 그룹의 경계를 찾을 수 있도록 식별 가능한 비트 패턴을 제공합니다.
일반 패킷 캡처로 유휴 코드 그룹을 볼 수 있나요?
일반적으로 볼 수 없습니다. 1000BASE-X를 지원하는 계측기나 PCS 진단 기능을 사용하십시오.
