ทำไมไฟเบอร์ยังมีสัญญาณทั้งที่ไม่มีทราฟฟิก?
ลิงก์ 1000BASE-X ที่เชื่อมต่อแล้วจะส่งชุดรหัสตามลำดับชนิด Idle ระหว่างเฟรม รูปแบบเหล่านี้ช่วยให้ตัวรับกู้คืนสัญญาณนาฬิกาและรักษาการจัดแนวกลุ่มรหัส
แปลงเป็นสัญญาณอนุกรม
PCS เข้ารหัสไบต์ก่อนที่โมดูลจะแปลงสัญญาณอนุกรมเป็นแสง
จัดแนว
ตรวจหารูปแบบ comma แล้วตรวจสอบความถูกต้องของกลุ่มรหัสถัดไปเพื่อให้เกิดการซิงโครไนซ์
สังเกต
PCS ส่งชุดรหัส Idle ขณะที่การจับแพ็กเก็ตทั่วไปแสดงเฉพาะเฟรมที่ส่งถึงปลายทางแล้ว
ภาพประกอบการทำงาน ไม่ใช่วงจรของผลิตภัณฑ์หรือกราฟสัญญาณจากการวัดจริง
01 · ตรวจสอบให้ PHY ตรงกัน
ยืนยันโหมด 1000BASE-X และตรวจสอบว่าโมดูลออปติคัลเข้ากันได้
02 · แยกหลักฐานแต่ละประเภท
พิจารณากำลังแสง สถานะการเข้ารหัส และตัวนับเฟรมแยกจากกัน
03 · ทำการทดสอบซ้ำ
ใช้เฟรมที่มีหมายเลขลำดับและเปรียบเทียบข้อมูลในช่วงเวลาเดียวกัน
รายการตรวจสอบสำหรับการทดสอบบนโต๊ะ
- บันทึกโหมดพอร์ตทั้งสองฝั่งและรหัสระบุโมดูล
- บันทึกค่ากำลังแสงอ้างอิงและค่าตัวนับข้อผิดพลาดที่อุปกรณ์มีให้
- ส่งเฟรมทดสอบที่มีหมายเลขลำดับ แล้วเปรียบเทียบค่าที่เปลี่ยนไปของตัวนับ
- ใช้เครื่องมือวินิจฉัย PCS เพื่อระบุชุดรหัสตามลำดับโดยตรง
สวิตช์อุตสาหกรรมสองตัวยังเชื่อมต่อกันผ่านไฟเบอร์กิกะบิต แม้จะถอดอุปกรณ์ที่สร้างทราฟฟิกออกแล้ว การจับแพ็กเก็ตอาจไม่พบเฟรมเลย ทั้งที่ไฟเบอร์ยังส่งสัญญาณอยู่ บนลิงก์ 1000BASE-X ที่เชื่อมต่อแล้ว ตัวส่งจะส่งชุดรหัสตามลำดับชนิด Idle ที่กำหนดไว้ในช่วงระหว่างเฟรม ปลายทางใช้สัญญาณขาเข้าเพื่อกู้คืนสัญญาณนาฬิกา และใช้รูปแบบที่ตรวจจับได้เพื่อจัดแนวกลุ่มรหัส ตัวรับจึงอ่านเฟรมถัดไปได้เมื่อเฟรมมาถึง
ติดตามเส้นทางสัญญาณผ่านอินเทอร์เฟซสามจุด
สวิตช์อุตสาหกรรมแบบจัดการได้สำหรับติดตั้งบนราง DIN ของ FCTEL เป็นตัวอย่างของอัปลิงก์ SFP แบบกิกะบิต ข้อมูลจำเพาะของผลิตภัณฑ์ระบุสื่อส่งสัญญาณ 1000BASE-SX และ 1000BASE-LX คู่มือนี้กล่าวถึงสถานะการส่งข้อมูลตามปกติของอินเทอร์เฟซ 1000BASE-X ประเภทดังกล่าว SFP ระบุรูปแบบทางกายภาพของโมดูล ก่อนเปลี่ยนโมดูล ให้ตรวจสอบโหมดการทำงานและความเข้ากันได้ของโมดูลทั้งสองฝั่ง
ในการส่งเฟรม MAC จะส่งไบต์ของเฟรมไปยังชั้นย่อยการเข้ารหัสทางกายภาพ หรือ PCS โดย PCS จะแทนข้อมูลและสารสนเทศควบคุมด้วยกลุ่มรหัสที่เหมาะกับลิงก์อนุกรม โมดูลจะแปลงสัญญาณไฟฟ้าแบบอนุกรมเป็นแสง ฝั่งปลายทางจะแปลงแสงกลับเป็นสัญญาณไฟฟ้า กู้คืนสัญญาณนาฬิกาสำหรับสุ่มตัวอย่าง จัดแนวและถอดรหัสกลุ่มรหัส จากนั้นส่งเฟรมที่ได้รับให้ MAC ของตน แผนภาพแยกหน้าที่เหล่านี้ออกจากกันเพื่อให้เห็นชัดเจน ในฮาร์ดแวร์จริงอาจรวมหลายหน้าที่ไว้ในชิปเดียว
เครื่องวัดกำลังแสงกับการจับแพ็กเก็ตตรวจสอบคนละจุด เครื่องวัดจะวัดว่ามีแสงมาถึงมากเพียงใดในช่วงเวลาหนึ่ง โดยทั่วไปอะแดปเตอร์เครือข่ายแบบปกติจะจับเฉพาะเฟรมที่ผ่านตัวรับมาแล้ว ทั้งสองวิธีไม่สามารถบอกได้ว่าตัวรับตรวจรู้กลุ่มรหัสในขั้นกลางได้ถูกต้องหรือไม่ การจับแพ็กเก็ตที่ไม่พบเฟรมไม่ได้ขัดกับการที่ยังมีสัญญาณแสงอยู่ และค่ากำลังแสงเพียงอย่างเดียวก็ยืนยันไม่ได้ว่าถอดรหัสถูกต้อง
ทำไมข้อมูลหนึ่งไบต์จึงใช้สิบบิตบนสายส่ง
การเข้ารหัส 8b/10b จับคู่ข้อมูลแปดบิตกับกลุ่มรหัสสิบบิต ตัวเข้ารหัสเลือกกลุ่มรหัสตามการจับคู่ที่กำหนดไว้ โดยจำกัดจำนวนบิตค่าเดียวกันที่เรียงต่อเนื่อง เพื่อให้เกิดการเปลี่ยนระดับที่ตัวรับใช้กู้คืนสัญญาณนาฬิกาสำหรับสุ่มตัวอย่างได้ นอกจากนี้ยังควบคุมความต่างระหว่างจำนวนบิต 1 กับบิต 0 ในระยะยาว ซึ่งช่วยจำกัดการเลื่อนของระดับฐานสัญญาณในวงจรรับ
สำหรับข้อมูลทุกแปดบิต ลิงก์อนุกรมจะส่งสิบบิตบนสายส่ง หากไม่นับส่วนเกินจากการจัดเฟรมและการส่ง Idle อัตราข้อมูล 1 Gb/s จึงสอดคล้องกับอัตราบิตบนสายส่งอนุกรม 1.25 Gb/s แต่ละสัญลักษณ์ไบนารีบนสายส่งแทนหนึ่งบิต อัตราสัญลักษณ์จึงเท่ากับ 1.25 GBd เมื่อรวมส่วนหัว ช่องว่างระหว่างเฟรม และข้อมูลส่วนเกินของโปรโตคอลชั้นสูงขึ้นไปแล้ว อัตราการรับส่งข้อมูลจริงของแอปพลิเคชันจะต่ำกว่าอัตราข้อมูลที่ MAC
ตัวเข้ารหัสติดตามค่าความไม่สมดุลสะสม (running disparity) ซึ่งแสดงความเอนเอียงสะสมระหว่างจำนวนบิต 1 กับบิต 0 ที่ส่งไปแล้ว อักขระบางตัวมีรูปแบบบวกและลบ โดยค่าความไม่สมดุลปัจจุบันเป็นตัวกำหนดว่ารูปแบบใดใช้ได้ แม้แต่กลุ่มรหัสที่มีจำนวนบิต 1 และบิต 0 เท่ากันก็ต้องเป็นไปตามกฎการเข้ารหัส ตัวรับสามารถรายงานกลุ่มรหัสที่ไม่ถูกต้องหรือการละเมิดกฎความไม่สมดุลได้ เนื่องจากสัญญาณรบกวนอาจเปลี่ยนกลุ่มรหัสที่ถูกต้องให้กลายเป็นกลุ่มรหัสอื่นที่ยังถูกต้องตามกฎ ลำดับตรวจสอบเฟรม หรือ FCS จึงยังมีบทบาทในการตรวจสอบเฟรมที่ได้รับ
ตัวรับรู้จัก Idle และหาขอบเขตของกลุ่มรหัสได้อย่างไร
สตรีมที่มีแต่บิต 0 จะไม่มีการเปลี่ยนระดับให้ตัวรับใช้ติดตามสัญญาณ เมื่อมีเพียงสตรีมบิตดิบจากการสุ่มตัวอย่าง ตัวรับยังต้องมีวิธีระบุจุดเริ่มต้นของแต่ละกลุ่มสิบบิตด้วย ชุดรหัสตามลำดับชนิด Idle ของ 1000BASE-X ประกอบด้วยกลุ่มรหัสที่ถูกต้องตามกฎสองกลุ่ม Idle แบบหนึ่งที่ใช้กันทั่วไปคือ /I2/ ซึ่งมีอักขระควบคุม K28.5 ตามด้วยอักขระข้อมูล D16.2 ส่วน /I1/ ใช้ D5.6 ต่อจาก K28.5 และส่งผลต่อค่าความไม่สมดุลสะสมต่างกัน
ในรูปแบบหนึ่งของ K28.5 ซึ่งก็คือ 0011111010 ส่วนต้น 0011111 คือรูปแบบ comma ตัวรับใช้รูปแบบที่ตรวจจับได้นี้เป็นจุดอ้างอิงในการจัดแนว และตรวจสอบกลุ่มรหัสที่ตามมาด้วยในกระบวนการซิงโครไนซ์ การกู้คืนสัญญาณนาฬิกากำหนดว่าควรสุ่มตัวอย่างสัญญาณเมื่อใด ส่วนการจัดแนวด้วย comma กำหนดว่าจะแบ่งตัวอย่างเหล่านั้นเป็นกลุ่มที่ตำแหน่งใด สัญญาณนาฬิกาที่กู้คืนมาอาจเสถียรได้แม้ขอบเขตของกลุ่มรหัสจะยังไม่ถูกต้อง
เมื่อเฟรมถัดไปมาถึง PCS จะใช้อักขระควบคุมทำเครื่องหมายจุดเริ่มต้น ใช้อักขระสิ้นสุดทำเครื่องหมายจุดจบ แล้วกลับไปส่งลำดับ Idle ที่เหมาะสม การจับแพ็กเก็ตทั่วไปจะไม่แสดงอักขระควบคุมในชั้นกายภาพเหล่านี้เป็นเฟรม Ethernet ตัวอย่างนี้กล่าวถึงลิงก์ที่เชื่อมต่อแล้ว ลิงก์ที่กำลังเจรจาการตั้งค่าอาจส่งชุดรหัสตามลำดับสำหรับการกำหนดค่าในช่วงที่ไม่มีทราฟฟิกจากแอปพลิเคชัน
ตรวจสอบลิงก์ที่จุดสังเกตสามจุด
จัดชุดทดสอบบนโต๊ะแบบแยกจากระบบอื่น โดยใช้โมดูลออปติคัลที่เข้ากันได้และตรวจยืนยันโหมดพอร์ตแล้ว ใช้สายแพตช์สั้นเพื่อให้ลิงก์มีเสถียรภาพ เริ่มโดยไม่สร้างทราฟฟิกทดสอบ แล้วบันทึกสถานะตัวแสดง Link และกำลังแสงที่รับได้ ใช้การวินิจฉัยแบบดิจิทัลหากทั้งโมดูลและอุปกรณ์โฮสต์รองรับ หรือใช้เครื่องวัดกำลังแสงที่เหมาะสมตามขั้นตอนของสถานที่ปฏิบัติงาน ตัวนับเฟรมไม่นับชุดรหัส Idle ของ PCS เป็นเฟรม แต่อุปกรณ์อาจยังสร้างทราฟฟิกสำหรับการจัดการของตัวเอง
จากนั้นส่งเฟรมที่มีหมายเลขลำดับเป็นชุดสั้น ๆ จากฝั่ง A เปรียบเทียบการเปลี่ยนแปลงของตัวนับการส่งและการรับ แล้วตรวจสอบว่าหมายเลขลำดับตรงกับที่จับได้ที่ฝั่ง B หากตัวนับทราฟฟิกหยุดเพิ่มหลังส่งเฟรมชุดนั้น แต่ลิงก์ยังเชื่อมต่ออยู่ ผลที่สังเกตได้นี้สอดคล้องกับการที่ PCS ส่งชุดรหัส Idle หากต้องการระบุชุดรหัสตามลำดับที่ส่งจริง ให้ใช้เครื่องมือทดสอบบนโต๊ะหรือเครื่องมือวินิจฉัย PCS ที่รองรับ 1000BASE-X อะแดปเตอร์จับแพ็กเก็ตทั่วไปไม่สามารถให้ข้อมูลนี้ได้
หากเกิดการขาดหายซ้ำ ให้บันทึกกำลังแสง การเปลี่ยนสถานะลิงก์ และค่าตัวนับข้อผิดพลาดที่อุปกรณ์มีให้ในช่วงเวลาเดียวกัน หากกำลังแสงลดลงพร้อมกับการสูญเสียการซิงโครไนซ์หรือการเปลี่ยนสถานะลิงก์ซ้ำ ๆ ให้ตรวจสอบหัวต่อ ทิศทางการต่อไฟเบอร์ โมดูล และความเร็วพอร์ต หากกำลังแสงคงที่แต่ข้อผิดพลาดในการเข้ารหัสชั้นกายภาพเพิ่มขึ้น ให้ตรวจสอบชนิดโมดูล คุณภาพลิงก์ และการตั้งค่าพอร์ต หากลิงก์และตัวนับที่เกี่ยวกับรหัสคงที่ แต่ข้อผิดพลาดของเฟรมหรือจำนวนเฟรมที่ถูกทิ้งเพิ่มขึ้น ให้แยกข้อผิดพลาดขารับออกจากการทิ้งเฟรมขาออก แล้วตรวจสอบว่าพอร์ตขาเข้าใดบันทึกข้อผิดพลาดเป็นจุดแรก ดูความหมายและขอบเขตการนับของตัวนับแต่ละตัวจากเอกสารของอุปกรณ์ หากไม่มีตัวนับที่เกี่ยวข้อง ก็จะมีส่วนที่ตรวจสอบไม่ได้
บันทึกผลให้สามารถทำการทดสอบซ้ำได้
สำหรับเฟรมทดสอบ 17 ในภาพ ให้บันทึกเวลาส่ง หมายเลขลำดับของเฟรมที่ส่งและที่รับ ตลอดจนสถานะพอร์ตทั้งสองฝั่ง บันทึกค่าตัวนับอ้างอิงก่อนส่ง แล้วเปรียบเทียบค่าที่เปลี่ยนไปหลังส่งเพื่อไม่นำข้อผิดพลาดเก่ามารวมในการทดสอบรอบนี้ หากแอปพลิเคชันรายงานว่าส่งแล้ว แต่ตัวนับการส่งของอัปลิงก์ออปติคัลไม่เปลี่ยนตามที่คาด ให้ตรวจสอบพอร์ตขาเข้าที่ใช้ทดสอบและการตัดสินใจส่งต่อเฟรม หากอัปลิงก์ของ A ส่งเฟรมแล้วแต่การจับแพ็กเก็ตที่ B ไม่พบเฟรม ให้ตรวจสอบตัวนับขาเข้าของ B แยกจากผลการจับแพ็กเก็ต ตัวกรองการจับแพ็กเก็ตที่ทำงานหลังอะแดปเตอร์เครือข่ายอาจทำให้ไม่เห็นเฟรมได้เช่นกัน
เมื่อเปลี่ยนโมดูล ให้เปลี่ยนตัวแปรทีละอย่าง คงโหมดพอร์ตและสายไฟเบอร์เดิมไว้ ใส่โมดูลที่ทราบว่าเข้ากันได้ แล้วทดสอบซ้ำด้วยวิธีเดิม เปลี่ยนรายการถัดไปเฉพาะเมื่อจำเป็น วิธีนี้ช่วยให้ยังมีหลักฐานแยกได้ว่าความแตกต่างสัมพันธ์กับคู่โมดูลหรือสภาพของลิงก์ เฟรม 17 และเส้นเวลาเป็นเพียงตัวอย่างประกอบ ไม่ใช่ผลการวัดหรือคำกล่าวอ้างด้านประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ใดโดยเฉพาะ
ระบุขอบเขตของชั้นกายภาพให้ชัดเจน
1000BASE-T ใช้กลไกชั้นกายภาพที่ต่างออกไปบนสายทองแดง โมดูลที่มีรูปแบบทางกายภาพเดียวกันและพอร์ตที่รองรับหลายอัตรายังสามารถทำงานในโหมดที่ต่างกันได้ การรับแสงได้ สถานะตัวแสดง Link บนแผงอุปกรณ์ การซิงโครไนซ์ของ PCS และการส่งเฟรมงานจริงถึงปลายทางอย่างถูกต้องเป็นหลักฐานคนละอย่าง ให้บันทึกแยกกันพร้อมกับรหัสระบุโมดูล โหมดพอร์ต และลำดับการทดสอบ เพื่อให้ระบุได้ว่าส่วนใดของลิงก์กลับมาทำงานหลังเปลี่ยนโมดูลหรือสายไฟเบอร์
แหล่งข้อมูลและขอบเขต
AMD/Xilinx PG047 — 1000BASE-X (ภาคผนวก C) · IEEE 802.3 — K28.5 · ข้อมูลจำเพาะของสวิตช์ไฟเบอร์กิกะบิต FCTEL (ภาษาจีน)
แปลจากบทความทางเทคนิคภาษาจีน: อ่านบทความต้นฉบับภาษาจีน.
คำถามที่พบบ่อย
พอร์ตไฟเบอร์กิกะบิตหยุดส่งสัญญาณระหว่างเฟรมหรือไม่?
ลิงก์ 1000BASE-X ที่เชื่อมต่อแล้วจะยังคงส่งชุดรหัสตามลำดับชนิด Idle
รูปแบบ comma ของ K28.5 ทำหน้าที่อะไร?
รูปแบบนี้ให้ลำดับบิตที่ตัวรับตรวจจับได้เพื่อหาขอบเขตของกลุ่มรหัส
การจับแพ็กเก็ตทั่วไปแสดงกลุ่มรหัส Idle ได้หรือไม่?
โดยทั่วไปไม่สามารถทำได้ ให้ใช้เครื่องมือทดสอบหรือเครื่องมือวินิจฉัย PCS ที่รองรับ 1000BASE-X
อ่านเพิ่มเติม
การเข้ารหัส 4B/5B บน Fast Ethernet · กำลังแสงและความชัดเจนของสัญญาณ
