1998. �������/� 2
��������
• IEEE802.3 CSMA/CD– 10Mbps
– 100Mbps
– 1Gbps
– 10Gbps (��� ��� HSSG)
• IEEE802.11 Wireless LAN– 1/2Mbps
– 11Mbps
• IEEE802.14 CATV LAN
• IEEE802.15 Wireless Personal Area Network(WPAN)– 1~2Mbps
• IEEE802.16 Broadband Wireless Access(BWA)– 155Mbps
1998. �������/� 3
�������������������
• No Multiple Access
• No Carrier Sense
• No Collision Detection
• No Retransmission
• Point-to-Point Only
• Full-duplex
• Ethernet ���� ��� �.
1998. �������/� 5
Minimum frame size(minFrameSize)
DTE DTE
(b)
�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
���������������������
���������������������
���������������������
������������������
������������������
������������������
DTE DTE
������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
����������������������
����������������������
����������������������
����������������������
�������������������
�������������������
�������������������
�������������������too short frame
(a)
• 512bit (=64bytes) =slot time
1998. �������/� 6
�����������������
AUI
PHYSICAL MEDIUM ATTATCHMENT(PMA)
coax MDI
LLC
NETWORK LAYER
TRANSPORT LAYER
SESSION LAYER
PRESENTATION LAYER
APPLICATION LAYER
PHYSICAL LAYER
HIGHER LAYERS
MDI=Medium dependent interface; CDT=Collision Detect; CRS=Carrier sense; CLSN=Collision;CDS=Carrier Detect Signal
MEDIUM ACCESS CONTROLLER
PHYSICAL LAYER SIGNALING(PLS)
TXD TXCLK RXCLK RXDCRSCDT
TRMT+/-
RCV+/-CLSN+/-
TP-MDI
MEDIUM
RXI/TXOGND TXO+/- RXI+/-
SEND RECEIVE
ERRORREPORT
CDS
sharedmemory
MAC driver
ERRORREPORT
RECEIVEINTERRUPT
MA
C
DATA LINK LAYER
SEND
PLS(physical layer signaling)AUI(attatchment unit interface)PMA(physical medium attatchment)MDI(medium dependent interface)
NDIS driver
MAC controller
PLS : Manchester coding
PMA: Transceiver (D/D, D/A)
1998. �������/� 7
���������
• MAC�– frame�� : Preamble�� FCS�� �� (driver+H/W)
– SFD ��,FCS�
– CSMA/CD � �
• MAC controller �– NS 8390 (3c503 card)
– AMD 7990
– Intel 82586
– DEC 2114x(100Base-TX)
– Intel 82557(100Base-TX)
– Seeq8100 (1000Base-X)
– VNS67501(1000Base-X)
– LG
– SamsungPMA(8392 Transceiver )
Manchester codeAUI
PLS(8391SNI)
MAC CONTROLLER(8390 NIC)
system bus
local RX/TX buffer
MAC DRIVER
Higher layers
CARRIERSENSE(CRS)
COLLISIONDETECT
(COL)
RXCLOCK
TXCLOCK
INTERRUPT
demux
IP IPXIDPARP
MAINMEMORY
LAN��
TXD(nrz)
RXD(nrz)
1998. �������/� 8
������������������ ���� ��������
• 20Mbaud Manchesterencoding/decoding
• TX clock(TXC)� RX clock(RXC)��. : 10MHz
• Loopback : MAC� ���� �� �
• NS 8391 Serial network interface(SNI)
PLS
10Mbps NRZ data code
20Mbaud Manchester code
10MHzTXC/RXC
1998. �������/� 9
������
• ����
• AMD 7996
• NS DP8392
• Intel 82052
�����������������
�����������������
�����������������
�����������������
�����������������
�����������������
�����������������
�����������������
�����������������
�����������������
�����������������
�����������������
�����������������
�����������������
�����������������
�����������������
�����������������
�����������������
�����������������
�����������������
�����������������
Collision Detector
Jabber Control
RX data(RCV+/-)(Manchester code)
TX data(TRMT+/-)(Manchester code)
Collision detectsignal (CLSN+/-)(10MHz)
DC Power(12V)
MAULEDs
AUI cable
DC/DC converter12V-to-9V
PLS
MAC
PMA chip
RXI
TXO
CDS
GND
SQE TEST SIGNALGENERATOR
TRA
NS
FOR
ME
R
1998. �������/� 10
������
1 0 1 1 0
1V/100ns0V
0V
-2V
-2V
receive output of PMD
A typical 10Mbps signal seen at far end coax cable
<��> PMA��� ��� �. Cable� � ���� ��� �� ���� ���
������� Ground !� shiled� "#�$, + !� core� "#�� %&� '('� �
)*. �+ ,)-�� ���� �. /0 DC�12 -1V3 45 � 0V6 - 2V783 9
:;*.
1998. �������/� 11
�������� !�"#����$
• IEEE802.3c
• �� ���� �� �� ��� ��
• ��� Preamble�� � ���!, Manchesterdecoding/encoding "#.
• $%&�' ��() �* +�!, jam,- &�.
• !./ ��0 !1.
1998. �������/� 14
100Mbps �
• �� ���
• DTE hub 100m UTP �� STP ��� ��
• UTP� 2~4 pair ��
• 100Mbits/s
• automatic negotiation��
• ��
1998. �������/� 15
����������'���
UTP Cat.3���
Two Pair��
10Mbps Manchester ��
UTP Cat.3/5���
2/3/4 Pair100Mbps4B5B, 8B6T, 5B6B ��
•100Base-T4 : � �� � � 3 � UTP��� ��� ��•100BaseVG : �� � 4� UTP��� �� ��•100Base-X : � � � � 1� ���� ��.
1998. �������/� 16
100Base-T� 10Base-T� ��
parameters 10Mbps 100Mbps
bit time 100ns 10nsslottime 512bit times 512bit times
interFrameGap 9.6us 0.96usattemptLimit 16 16backoffLimit 10 10
jamSize 32bits 32bitsmaxFrameSize 1518(preamble/SFD ��,
FCS ��)1518
minFrameSize 64bytes 64bytesMAC addressSize(DA) 6bytes 6bytes
0 10Mbps
10Base-T
0 100Mbps
100Base-T���� ����
1998. �������/� 17
100Base-T� ����
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
���������
����������������
����������������
����������������
����������������
����������������
��������
���
��������������
����
��
�� �����
����������
��
�� � �
�� �� �� ����
��������������
��������������
��������������
� �
��
����
� �
�
����������
����������
����������
���������
���������
���������
����������
����������
����������
����������
���� �� ���� ���� �� ��
������
���������
���������
��������
���������
��� !"�
�"����!"�
�����!�
�"��������!�
���������!�
������������������������ !�"�#����$�$�#����%��$��%�&������'�����'�"��'�������������"����$��
��� �#����$���'�������������������'���������������� ��� �#����$���'����'�"��'���
������'����'�"��'����������� (!� �#����$���'��%����$�#�)
�##
�#
*+,���� *+,����$���%$
*++,����- *++,����. *++,����.*+,����
MAC : �� CSMA/CD�� ��.PCS:��� link coding�� ��PMD : Physical medium dependent(O/E, E/E)
1998. �������/� 18
��������
medium
PMA
PLS/PCS
MACMAC frame ��, CSMA/CD ��
(SFD� �� � � � � ����)
Manchester encoding/decoding�/���� �� � ��
8B6T(�� 4B/5B)��encoding/decoding
�/���� �� � ��Collision Detection
Collision Detection����/ !
"�#$ isolation
����/ !"�#$ isolation
nibble%& ���
10Mbps 100Mbps
bit%& ���
PMD:o/e ��
1998. �������/� 19
������� ����������������������
!4��� CSMA/CD ��� emulation•�� �� ���������������������� �!�"�#��$ �%&'���(�)*+•,����-./��#0�(�)*�12�����330�4'�567��"�#��$ �%&89�:;<=�>,�•�������?�567��"�#��$ �%&'����330��9�@AB�12�89�>C�DE�����,�F���G/H9��I�"� �� ���J+�
100Mbps CSMA/CD MAC
Convergence (PCS, PMA)
125Mbaud X3T95 FDDI PMD
Transmit MACtransmit Enable
Receive MACreceiver error Signal detect
Cat 5 UTP/STP
Carrier sense
1998. �������/� 20
��������
MAC + Reconciliation sub layer
PCS
4B/5B encoding/decodingCarrier sense/ Collision Detection��
��(convergence��)��� clock��
PMA
NRZI � ��/NRZI� � ��� NRZ ��carrier_status��(ON/OFF)
PMD� signal_status(ON/OFF)� link_status ��(READY/OK/FAIL)
RX_error��Far end fault �� � ��.
nibble�� ��� �
NRZ bit �� ��� �
PMD
!"�(optical-to-electrical#)signal_status��(ON/OFF)
NRZI �
DP83223 transceiver(MLT-3)
DP83840A Physicallayer device with
AN function
Intel 82557
4B5B encoding:���� ��!
1998. �������/� 21
�������(��)��%�)��%��
Encapsulation
preamble+SFD(8)
DA(6)
SA(6)
DATA(46-1500)
type(2)
FCS(4) Interframe gap
(>=12)
data code-group pairs IDLE code group(I code=11111)
SSD(J-K) ESD(T-R)
100BASE-X PDU
802.3 MAC PDU
MAC� � � preamble��� SSD code(JK)� ����, ��� ��� data code group�� coding�.SSD : Start of Stream DelimiterESD : End of Stream Delimiter
PCS
1998. �������/� 23
)����+��,��!-����+��,���&�.��&
• FLP = 33 NLP(normal link pulse defined for 10BaseT)
• 16 data pulses = Link code word
... ...
2ms
16+/-8ms
FLP
clockdata”1”
data”0”
1998. �������/� 25
�������������
• 109 bps– 10� ��/�
– 1.25� ���/�
– 125Mbytes/s
(ATM = 25Mbps, 155Mbps, 622Mbps,...)
• ��– Ethernet� ��, � ! �" (15# �$)
– %&� 100Base-TX '( ) : 4*+ �,
– Fiber Channel� $-.
1998. �������/� 26
��������
� ���������
– 802.3z, /0.1.
– 1000Base-SX• short wavelength TRX with two MM fibers
– 1000Base-LX• long wavelength TRX with two MM or SM fibers
– 1000Base-CX• twinax cable(150 )
� ���������
– CAT5 UTP ��(50~100m, 4 pairs or 8 pairs)
– 802.3ab, /0.1(99.7).
1998. �������/� 27
������������
– Extenstion bit��
• ��� MAC� ���� �� !"#$ extension bit% &'
��(), ��� MAC� *+, -..(Collision detection/0 12)
– Burst Mode!�"# ��
• BusrtLimit 3� 45� !"# 67 �� '0. (89 :; <= >?)
� ��������������������
– slotTime$%
• /@ 512BT$A 4096BTB C2D
*BT=bit time
1998. �������/� 28
���������
�����������������������
������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
sender receiver
��������������������������������
��������������������������������
��������������������������������
��������������������������������
��������������������������������
��������������������������������
��������������������������������sender receiver
100Mbps��
1Gbps��
�� ��� ��� ��.
�
�
Propagation delay/frame transmission time
* CSMA/CD�&� '()*, !� + ,-� ./ '01 �2.
1998. �������/� 29
1Gbps ������
PREAMBLE (7) SFD(1) DA(6) SA(6)
LEN/TYPE(2) DATA+PAD FCS(4) Extension
PREAMBLE (7) SFD(1) DA(6) SA(6)
LEN/TYPE(2) DATA FCS(4)
5123�4 5� �6 789
1998. �������/� 30
�!����%�&����
� � ��2)� ���� � ���� ���������'3 4(=96BT)��56���
• ��( 78 9:;
1st MAC frame Extension bits
2ndMAC frame
Interframe bits
nth MAC frame Interframe bits
Interframe bits
1998. �������/� 31
����������
MDI
PLS
PMA
PLS
AUI
PMA
reconciliation
MEDIUM
MII
MDI
PCS
PMA
reconciliation
MEDIUM
MII
PCS
PMA
reconciliation
MEDIUM
GMII
MDI
10Mbps 100Mbps 1Gbps
AUI
MEDIUM
MDI
1,10Mbps
MAC
����
LLC
*AUI� ����.*MII� 10Mbps DTE� 100Mbps ���� ����.*GMII� 1000,100,10Mbps� ����.*PMD� 100Base-X, 1000Base-X�� ��.
PMD PMD
1998. �������/� 32
��������(������
�� MAC
PCS(8B10B coding)
PMA(serializing)
PMD(electrical)
MDI
MEDIUMFiber/Copper1Gbps data1.25Gbaud in 8B10B format
Duplex SC, Shielded DB-9,HSSDC for FC
Gigabit MIIGMII
FC 10bit
CSMA/CD withcarrier extension and bursting
Laser transceiverHP HFBR-5305
HFBR-5601(GBIC)
SERDES transceiver(HP HDMP-1636)
GMAC + PCSSeeq 8100VNS67501
8B/10BENDEC
PCI controller
SC connector
32bit bus
FIFO
O/E
1998. �������/� 33
�������
GMII
CARRIERSENSE
SYNCHRONIZATION
RECEIVE
TRANSMIT
AUTO-NEGOTIATION
transmittingreceiving
PCS
CRSCOL
TX<7:0>TX_ENTX_ER
GTX_CLK
RX<7:0>RX_DVRX_ERRX_CLK
TRANSMIT RECEIVE
PMA
tx_code_group<9:0> rx_code_group<9:0>
PMD
tx_bit rx_bit
MDI
MAC���
SERDES(HP HDMP-1636)
HP HFBR-5305
1998. �������/� 34
����������
� ���)�<=
– GMII� 8�� 2�34 10��� 56789� :;/<+
– CRS= CD�>?@
– AN(automatic negotiation)
� ���)�<=
– Fiber Channel FC-04 FC-1 PMDAB ��CD 8B10B��EFGH IJ KL
– Serial/Parallel:;
� ���)�<=
– ANSI X3.230(FC-PH): Line coding, O/E :;
1998. �������/� 35
�/�����������"��$
� ����>?� !����"#�����@AB$
� �� "� ��!����"#� �CD$
� !����"#���)�E�:
– 0 ~ (SlotTime - minFrameSize)
– MN�� OPQ RST� U� slotTime (4096BT) VW
X YZAD slotTime- frameLength*[� Extension bit\
]
– 64���� ^_ U� RST` YZ: 4096 - 512 bit
– 512��� �$� RST` YZAD 0 bit.
1998. �������/� 36
�!������&"��$
• FG��H�I?�)J�FG����<=�%– � �9aA, Interframe bc,d, ef ��g � hW.
– ijklmnmoplqrstquvwqxyqzq{|}~q��
– �qrs�q����q��ql�klj���jq��ktq�����
• KL��� ��M<=�&''('�"���)*�+����– Simulation��A �� ��! �
* M. Molle, et al.,”Frame Bursting: A technique for scaling CSMA/CD to Gigabit Speeds,” IEEE Network Mag., pp. 6-15.
July/Aug. 1997
1998. �������/� 37
��������������� �
10Mbps 100Mbps 1Gbps
bit time(BT) 100ns 10ns 1ns
slotTime 512 BT 512BT 4096 BT
interFrameGap 9.6us 0.96us 0.096us
attemptLimit 16 16 16
backoffLimit 10 10 10
jamSize 32bits 32bits 32bits
maxFrameSize 1518bytes 1518bytes 1518bytes
minFrameSize 512bits 512bits 512bits
burstLimit NA NA 65536 BT
1998. �������/� 38
!"�#��"��$
F C S E X T E N D P R E A M B L
GTX_CLK
TX_EN
TXD<7:0>
TX_ER
CRS
COL
:�; symbol� <=� >�
1998. �������/� 40
��*���!-�����"��$
� ����������������� ��������� ����
P R E A M B L E SCF
/S//I/ /D/ /D/ /D//D//D//D//D//D//D/ /D//D//D//D//D/ /D/ /T/ /R/ /I/
TX_CODE_GROUP
GTX_CLK
TX_EN
TXD<7:0>
CRS
TX_ER
COL
1998. �������/� 41
���
�"�� ��+�� �"�"���� ����
��������� &,$'���� ,�(���
'�$����� ,�''�
��������� N4D
��������- &,$'���� ,�''��
'�$����� ,�''��
��������� ,�(����
��������� �'�#.����� ,'�
1998. �������/� 43
������������
• 2001.3 � ! "�
• 1Gbps� #$% 3� &' ()
• SONET OC192(9.95Gbps) *+
• GLAN?
1998. �������/� 44
������������
���
���
���
���
���
���
�������������
�����
���
���
��
���
�������������
�����
���
��
���
�������������
�����
����
���
������������
���������
��
�����
��
�������
��
� ��
��
����������
� ������ ������������ ����� !"#�������
�$ ��������%���%�� ���"#������
�& ������'���()%�����'���()"#*�+,-�
��� ���
1998. �������/� 45
�0��*�-�+�0�� �����*�
• 10,000Base-SX / 10GBase-SX– Multi-Mode Fiber 100m to 300m
• 10,000Base-LX / 10GBase-LX– Single Mode Fiber and Multi-Mode Fiber 5km to 15km
• 10,000Base-EX / 10GBase-EX– Single Mode Fiber 50km to Very Long
• 10,000Base-CX / 10GBase-CX– Coaxial Cable Very short reach.
• 10,000Base-T / 10GBase-T– Twisted Pair, 10m
•
1998. �������/� 46
������������
������
����� ���������
���������������
��������������
���
�������� !"#$%&&!"
'()*�+, �-).//01*.//2 ���
$3.4#$5)6�-7
������������������ �����
Laser transceiver(WDM, Single TRX)
SERDES transceiver
MAC
8B/10BENDEC
PCI controller
connector
32bit Data bus
FIFO
O/E
8x4 bit Data bus+
1x4 bits control(1bit control line/8bit data lane)
RXC/TXC
Serial4 x 2.5Gbps
orSingle path
Serial(HARI)
1998. �������/� 47
(��
• TX: 32 data bits + 4 control bits, one CLK
• RX: 32 data bits + 4 control bits, one CLK
• 32bits data path => 8 bit data path x 4 lanes
• 4bits control path => 1 bit control for one data lane
• Dual data rate signalling��– 1 CLKA �P 2�H ��
CLK
Data
1998. �������/� 48
(��
• Control bit– “1” : Delimiter/special byte(IDLE, SOP, EOP, ERROR)
– “0” : Normal data byte
1998. �������/� 49
���������� �! �"�����#�! #����!$�
• IDLE(I)– IPG�9A ?@
– Notify no data present
• SOP(S)– Start of a Packet
– Always on the lane 0
• EOP(T)– End of a Packet
– On any lane
• ERROR(E)– ���L�, �D ��F ��2�3EA ��\ ��g �
1998. �������/� 50
� 1�
• 1 line @ 10Gbps– SiGe
– Sensitive to PC board layout
– High cost
• 4 lines @ 2.5Gbps– CMOS/Bipolar
– Low cost
1998. �������/� 51
����-� �����*����&���
• 8B/10B� �,
PCS(8B10B)
SERDES
10bit 10bit 10bit 10bit
SERDES SERDES SERDESPMA(SERDES)
8B/10B
serial
10Gbps
12.5Gbps
3.125Gbaud/line
1998. �������/� 52
�2��-������-���&����3������
• Gigabit Ethernet– 8b/10b 1Gbps( 1.25Gbaud)
• 10G.Ethernet– 8b/10b 10Gbps(12.5Gbaud), (3.125Gbaud for 4xWWDM)
• 10G.Ethernet– 16b/18b 10Gbps(11.25Gbaud), (2.813Gbaud for 4xWWDM)
• Sonet Type Scramble– 10Gbps/Gbaud (2.5Gaud for 4xWWDM)
• PAM-5– 10Gbps/10Gbaud(1.25 GHz Analog )
1998. �������/� 53
��&�����
• 8B/10B– by IBM
– DC balance property with a maximum run-length of 5
– a good transition density, which simplifies the requirementson bandwidths and clock jitters for device circuits.
– special characters for commands, synchronization, anddelineation.
– 1-Gigabit Ethernet standard (IEEE 802.3z),
– less cost, effort, and time for technology migration.
– 25 % overhead
– a line rate of 12.5 Gb/s.
1998. �������/� 54
��&���
• Scrambling– SONET/WAN applications
– No overhead and better bandwidth efficiency
– Simple.
– Non-deterministic maximum run-length
– No guarantee of DC balance,
– No built-in special characters.
– Device cost : High
– Incompatibility with IEEE 802.3z standard.
– Bridge for interworking LAN/WAN
• MB810– �?@/A�B
– 50 % improvement of bandwidth efficiency over the 8B/10B code.
– only 5 Gbaud is needed for 10-Gigabit Ethernet.
1998. �������/� 55
��&���
• PAM-5– was adopted in the1000-Base-T
– multi-level amplitude signaling
– In the twisted-pair lines, the PAM-5 encoding can achieve 2 bits perbaud with a 3 dB coding gain, yielding a significantly lower line rate.
– For fiber channels, however, more works need to be done to studythe impact of the ISI, SNR, and non-linearity penalty on a multi-level amplitude signaling.
– Short range
• 16B/18B– fewer overheads, (12.5%)
– not compatible with IEEE 802.3z nor SONET.
– This code is less attractive.
• Forward Error Correction
1998. �������/� 56
�#
• Chip -./ 01
• Flexible PCB layout
• Independent Jitter Budget
PCS/PMA
PMD(XVR)
HARI
20inch apart over FR-4 PCB
1998. �������/� 57
PMD
3���*�-����
Optical input PIN diode Pre Amp Post Amp
SERDES
Optical output Laser diode Amp
1998. �������/� 58
3���*�-�+�0��3������
• WWDM-10GBase-SX– 820nm, 835nm, 850nm, 865nm Multi-mode fiber
• Serial - 10GBase-SX– 850nm Multi-mode fiber(Serial, short wavelength over MM is difficult
• WWDM - 10GBase-LX– 1280nm, 1300nm, 1320nm, 1340nm (MMF/SMF)
• WWDM - 10GBase-LX– 1510nm, 1530nm, 1550nm, 1570nm
– Multi-mode fiber & Single mode fiber Unsure of 1550nm performance on multi-mode
• Serial - 10GBase-LX– 1310nm or 1550nm Multi-mode fiber & Single mode fiber
• DWDM - 10GBase-EX– 1550nn @ 100GHz (expensive )
• Serial - 10GBase-EX– 1550nm Single mode fiber (expensive )
• PAM-5 - 10GBase-LX– 1280nm,1300nm,1320nm, 1340nm Multi-mode fiber PAM-5, Coding:802.3ab, Data Rate:10,000,
4xWWDM: 1,250 GHz
1998. �������/� 59
�������������������������
• 10Gbps Ethernet– 2001/3� /0. �
– MB810 code�� ¡¢
– SONET�� e�
– IP/Ethernet/WDM£F� 9�� WAN¤f $
• WLAN– 11Mbps¥ $�.
– ¦f. §f1
– WPAN(bluetooth¨)� ©ª« ¬¢ ®¯
1998. �������/� 60
����"���2�����-0$
• MAC2 ��3 )456– IEEE802.3� issue °±W.
– ,²*, ³� �dg G´� µ¶?• Link aggregation
• TCP checksum offloading in MAC controller
• PHY– coding
– modulation
– Optics
– Wireless
– �·� G´A ¸,d ¹º» �dg ¼` ?
1998. �������/� 61
������ !"#
• ���
– AN : automatic negotiation
– CS : carrier sense
– CD : collision detection
– PMD : physical medium dependent
– PMA : physical medium attachment
– PCS : physical coding sublayer
– GMII : Gigabit media independent interface
– FC-PH : fiber channel-physical and signaling interface
– PHY : physical layer device
– PLS : physical layer signaling
– MMF : multi-mode fiber
– SMF : single-mode fiber
– BT : bit time
– FLP : fast link pulse for 100Base-TX
– MAC : medium access control
• KLMN
– MAC parameters, physical layer, repeater and management parameters for 1000Mb/s operation,IEEE Draft P802.3z/D3
– �� ���, �, � ��, 1996