Vì sao đường quang vẫn hoạt động khi không có lưu lượng?
Một liên kết 1000BASE-X đã được thiết lập truyền các tập mã rỗi có thứ tự giữa các khung. Những mẫu này giúp duy trì việc khôi phục xung nhịp và căn chỉnh nhóm mã.
Chuyển thành luồng nối tiếp
PCS mã hóa các byte trước khi mô-đun chuyển tín hiệu nối tiếp thành ánh sáng.
Căn chỉnh
Nhận dạng mẫu comma, sau đó kiểm tra tính hợp lệ của các nhóm mã tiếp theo để thiết lập đồng bộ.
Quan sát
PCS truyền các tập mã rỗi, trong khi bản ghi bắt gói thông thường chỉ hiển thị các khung đã được chuyển lên.
Hình minh họa chức năng, không phải sơ đồ mạch của sản phẩm hay dạng sóng đo được.
01 · Bảo đảm PHY tương thích
Xác nhận chế độ 1000BASE-X và tính tương thích của các mô-đun quang.
02 · Tách riêng các dữ liệu quan sát
Theo dõi riêng công suất quang, trạng thái mã hóa và bộ đếm khung.
03 · Tái lập phép thử
Dùng các khung được đánh số và so sánh dữ liệu trong cùng một khoảng thời gian.
Danh sách kiểm tra tại bàn thử
- Ghi lại chế độ của cả hai cổng và mã định danh của các mô-đun.
- Ghi lại công suất ban đầu và giá trị của các bộ đếm lỗi hiện có.
- Gửi các khung thử được đánh số và so sánh mức thay đổi của các bộ đếm.
- Dùng chẩn đoán PCS để nhận dạng trực tiếp các tập mã có thứ tự.
Hai bộ chuyển mạch công nghiệp vẫn duy trì liên kết quang Gigabit sau khi bạn ngắt kết nối các thiết bị tạo lưu lượng. Bản ghi bắt gói có thể không hiển thị khung nào dù sợi quang vẫn mang tín hiệu. Trên một liên kết 1000BASE-X đã được thiết lập, bộ phát gửi các tập mã rỗi có thứ tự đã được định nghĩa giữa các khung. Từ tín hiệu đến, đầu bên kia có thể khôi phục xung nhịp và nhận ra các mẫu dùng để căn chỉnh nhóm mã. Nhờ đó, bộ thu có thể đọc khung tiếp theo ngay khi khung đến.
Theo dõi tín hiệu qua ba giao diện
Bộ chuyển mạch công nghiệp có quản lý, gắn thanh DIN của FCTEL là một ví dụ về cổng uplink SFP Gigabit. Thông số kỹ thuật của sản phẩm liệt kê các chuẩn truyền dẫn 1000BASE-SX và 1000BASE-LX. Hướng dẫn này đề cập đến trạng thái truyền dữ liệu bình thường của loại giao diện 1000BASE-X đó. SFP chỉ quy cách hình dáng và kích thước của mô-đun. Hãy kiểm tra chế độ hoạt động và các mô-đun tương thích ở cả hai đầu trước khi thay một mô-đun.
Để truyền một khung, MAC chuyển các byte của khung cho phân lớp mã hóa vật lý, hay PCS. PCS biểu diễn dữ liệu và thông tin điều khiển dưới dạng các nhóm mã phù hợp với liên kết nối tiếp. Mô-đun chuyển tín hiệu điện nối tiếp thành ánh sáng. Đầu bên kia chuyển tín hiệu quang trở lại dạng điện, khôi phục xung nhịp lấy mẫu, căn chỉnh và giải mã các nhóm mã, rồi chuyển khung nhận được cho MAC ở đầu đó. Sơ đồ tách riêng các chức năng này để dễ theo dõi. Phần cứng thực tế có thể tích hợp một số chức năng trong cùng một chip.
Máy đo công suất quang và công cụ bắt gói quan sát ở các điểm khác nhau. Máy đo cho biết lượng ánh sáng tới trong một khoảng thời gian. Bộ điều hợp mạng thông thường chỉ bắt được các khung đã đi qua bộ thu. Không phép đo nào trong hai phép đo này cho biết bộ thu có nhận dạng đúng các nhóm mã ở khâu trung gian hay không. Bản ghi bắt gói có thể trống dù vẫn có tín hiệu quang, và chỉ số công suất quang không đủ để xác nhận tín hiệu được giải mã đúng.
Vì sao một byte dữ liệu cần mười bit trên đường truyền
Mã hóa 8b/10b ánh xạ tám bit dữ liệu thành một nhóm mã mười bit. Bộ mã hóa chọn nhóm mã theo quy tắc ánh xạ đã định. Cách mã hóa này giới hạn số bit giống nhau liên tiếp để tạo các chuyển mức mà bộ thu có thể dùng để khôi phục xung nhịp lấy mẫu. Nó cũng kiểm soát chênh lệch dài hạn giữa số bit 1 và bit 0, giúp hạn chế trôi đường nền trong mạch thu.
Cứ tám bit dữ liệu, liên kết nối tiếp truyền mười bit trên đường truyền. Do đó, nếu không tính phần phụ trội do đóng khung và các tập mã rỗi, tốc độ dữ liệu 1 Gb/s tương ứng với tốc độ đường truyền nối tiếp 1.25 Gb/s. Mỗi ký hiệu nhị phân trên đường truyền mang một bit, nên tốc độ ký hiệu cũng là 1.25 GBd. Khi tính đến các tiêu đề, khoảng cách giữa các khung và phần phụ trội của các giao thức lớp trên, thông lượng ứng dụng thấp hơn tốc độ dữ liệu ở lớp MAC.
Bộ mã hóa theo dõi độ chênh tích lũy (running disparity) giữa số bit 1 và bit 0 đã phát. Một số ký tự có dạng dương và dạng âm; độ chênh hiện tại quyết định dạng nào hợp lệ. Ngay cả các nhóm mã cân bằng cũng phải tuân theo quy tắc mã hóa. Bộ thu có thể báo nhóm mã không hợp lệ hoặc lỗi vi phạm quy tắc độ chênh. Vì nhiễu cũng có thể biến một nhóm mã hợp lệ thành một nhóm mã hợp lệ khác, chuỗi kiểm tra khung, hay FCS, vẫn có vai trò trong việc kiểm tra khung nhận được.
Cách bộ thu nhận biết trạng thái rỗi và xác định ranh giới nhóm mã
Một luồng toàn bit 0 sẽ không có chuyển mức để bộ thu bám theo. Nếu chỉ có luồng bit thô sau khi lấy mẫu, bộ thu còn cần xác định vị trí bắt đầu của mỗi nhóm mười bit. Tập mã rỗi có thứ tự của 1000BASE-X gồm hai nhóm mã hợp lệ. Một tập mã rỗi thường gặp, /I2/, chứa ký tự điều khiển K28.5 theo sau là ký tự dữ liệu D16.2. Tập /I1/ dùng D5.6 sau K28.5 và có tác động khác đến độ chênh tích lũy.
Trong một dạng của K28.5 là 0011111010, phần 0011111 ở đầu là mẫu comma. Mẫu này cho bộ thu một dấu hiệu dễ nhận biết để căn chỉnh. Trong quá trình đồng bộ, bộ thu cũng kiểm tra các nhóm mã theo sau. Việc khôi phục xung nhịp xác định thời điểm lấy mẫu tín hiệu. Việc căn chỉnh theo mẫu comma xác định vị trí chia các mẫu đó thành từng nhóm. Xung nhịp khôi phục có thể ổn định trong khi ranh giới nhóm mã vẫn sai.
Khi khung tiếp theo đến, PCS đánh dấu phần đầu khung bằng một ký tự điều khiển. PCS đánh dấu phần cuối bằng một ký tự kết thúc rồi quay lại chuỗi mã rỗi tương ứng. Công cụ bắt gói thông thường không ghi nhận các ký tự điều khiển lớp vật lý này dưới dạng khung Ethernet. Ví dụ này mô tả các liên kết đã được thiết lập. Trong khi thương lượng cấu hình, liên kết có thể truyền các tập mã cấu hình có thứ tự dù không có lưu lượng ứng dụng.
Kiểm tra liên kết tại ba điểm quan sát
Thiết lập một hệ thống thử nghiệm biệt lập trên bàn thử, dùng các mô-đun quang tương thích và xác nhận chế độ của các cổng. Dùng dây nhảy quang ngắn để thiết lập liên kết ổn định. Ban đầu, không tạo lưu lượng thử. Ghi lại chỉ báo Link và công suất quang thu. Dùng tính năng chẩn đoán số nếu cả mô-đun và thiết bị chủ đều hỗ trợ, hoặc dùng máy đo quang phù hợp theo quy trình tại chỗ. Bộ đếm khung không tính các tập mã rỗi của PCS là khung. Thiết bị vẫn có thể tự tạo lưu lượng quản lý.
Tiếp theo, gửi một loạt ngắn các khung được đánh số từ phía A. So sánh mức thay đổi của các bộ đếm phát và thu, rồi đối chiếu số thứ tự trong bản ghi bắt gói ở phía B. Nếu các bộ đếm lưu lượng ngừng tăng sau loạt khung trong khi liên kết vẫn hoạt động, quan sát đó phù hợp với việc PCS đang truyền các tập mã rỗi. Để xác định chính xác tập mã có thứ tự, hãy dùng thiết bị đo trên bàn thử hoặc tính năng chẩn đoán PCS có hỗ trợ 1000BASE-X. Bộ điều hợp bắt gói thông thường không quan sát được thông tin này.
Nếu tình trạng gián đoạn tái diễn, hãy ghi lại công suất quang, các thay đổi trạng thái liên kết và giá trị của các bộ đếm lỗi hiện có trong cùng một khoảng thời gian. Nếu công suất giảm kèm theo mất đồng bộ hoặc trạng thái liên kết thay đổi nhiều lần, hãy kiểm tra đầu nối, chiều đấu sợi quang, mô-đun và tốc độ cổng. Nếu công suất ổn định trong khi lỗi mã hóa lớp vật lý tăng, hãy kiểm tra loại mô-đun, chất lượng liên kết và cấu hình cổng. Nếu trạng thái liên kết và các bộ đếm mã ổn định trong khi lỗi khung hoặc số khung bị loại bỏ tăng, hãy phân biệt lỗi thu với trường hợp loại bỏ khung ở cổng ra và kiểm tra cổng vào nào ghi nhận lỗi trước tiên. Tham khảo tài liệu thiết bị để biết ý nghĩa và phạm vi ghi nhận của từng bộ đếm. Thiếu bộ đếm sẽ để lại khoảng trống trong dữ liệu quan sát.
Ghi chép sao cho có thể tái lập phép thử
Với khung thử 17 trong hình, hãy ghi lại thời điểm phát, số thứ tự khung khi phát và khi thu, cũng như trạng thái của cả hai cổng. Ghi giá trị ban đầu trước khi gửi và so sánh mức thay đổi của các bộ đếm sau đó để không tính các lỗi cũ vào lần thử này. Nếu ứng dụng báo đã gửi nhưng bộ đếm phát của cổng uplink quang không thay đổi như dự kiến, hãy kiểm tra cổng vào dùng để thử và quyết định chuyển tiếp. Nếu cổng uplink của A phát khung nhưng bản ghi bắt gói ở B không có khung đó, hãy kiểm tra bộ đếm cổng vào của B riêng với bản ghi bắt gói. Bộ lọc bắt gói áp dụng sau bộ điều hợp mạng cũng có thể khiến khung không xuất hiện trong bản ghi.
Khi thay mô-đun, mỗi lần chỉ thay đổi một yếu tố. Giữ nguyên chế độ cổng và sợi quang, thay bằng một mô-đun đã biết là tương thích rồi lặp lại đúng phép thử. Chỉ thay đổi yếu tố tiếp theo nếu cần. Cách này giúp giữ lại dữ liệu để xác định sự khác biệt có đi theo cặp mô-đun hay theo điều kiện của liên kết. Khung 17 và trục thời gian chỉ là ví dụ minh họa, không phải số liệu đo hay tuyên bố về hiệu năng của một sản phẩm cụ thể.
Xác định rõ phạm vi của lớp vật lý
1000BASE-T dùng một cơ chế lớp vật lý khác trên cáp đồng. Các mô-đun cùng quy cách và các cổng hỗ trợ nhiều tốc độ cũng có thể hoạt động ở những chế độ khác nhau. Việc thu được ánh sáng, chỉ báo Link trên mặt thiết bị, trạng thái đồng bộ PCS và việc chuyển giao đúng một khung dữ liệu nghiệp vụ là những bằng chứng riêng biệt. Hãy ghi riêng từng mục, cùng với mã định danh mô-đun, chế độ cổng và trình tự thử. Nhờ đó, có thể xác định phần nào của liên kết đã khôi phục sau khi thay mô-đun hoặc thay đổi sợi quang.
Nguồn tham khảo và phạm vi
AMD/Xilinx PG047 — 1000BASE-X (Phụ lục C) · IEEE 802.3 — K28.5 · Thông số kỹ thuật bộ chuyển mạch quang Gigabit FCTEL (tiếng Trung)
Dịch từ bài viết kỹ thuật bằng tiếng Trung: Đọc bài viết gốc bằng tiếng Trung.
Câu hỏi thường gặp
Cổng quang Gigabit có ngừng phát tín hiệu giữa các khung không?
Một liên kết 1000BASE-X đã được thiết lập vẫn tiếp tục truyền các tập mã rỗi có thứ tự.
Mẫu comma K28.5 có tác dụng gì?
Mẫu này cung cấp cho bộ thu một chuỗi bit dễ nhận dạng để xác định ranh giới nhóm mã.
Bản ghi bắt gói thông thường có thể hiển thị các nhóm mã rỗi không?
Thông thường là không. Hãy dùng thiết bị đo hoặc tính năng chẩn đoán PCS có hỗ trợ 1000BASE-X.
Đọc thêm
Mã hóa 4B/5B trên Fast Ethernet · Công suất quang và độ rõ của tín hiệu
