Если проанализировать историю Ethernet, создается впечатление, что этой технологии удача улыбнулась больше, чем другим. Успех Ethernet можно назвать загадкой, не перестающей удивлять. Не имея каких-либо выдающихся преимуществ, являясь скорее посредственной, она подкупала своей относительно дешевой стоимостью. Очевидно, что история повторяется. Стандарт 10 Gigabit Ethernet был одобрен в июне 2002 года (и это при дороговизне и отсутствии подходящих телекоммуникационных задач!), на данный момент успешно применяется в корпоративных сетях.
Технологию создали в исследовательском центре Xerox в 70-х годах минувшего столетия. Основной принцип технологии – множественный доступ с контролем несущей и выявлением коллизий – CSMA/CD. Существенный недостаток, не позволяющий стать этой технологии оптимальным решением – имеющееся ограничение в виде множества пользователей, конкурирующих за 1 полосу пропускания 10 Мбит/c. Позже эту проблему удалось частично решить, используя коммутаторы вместо традиционных мостов с большим количеством портов, способных обеспечить передачу кадров одновременно между несколькими портами. Базовую спецификацию IEEE 802.3 опубликовали в 1980 году, немного позже появилась совместная разработка компаний Digital Equipment, Intel и Xerox второй версии спецификации.
Снятие ограничения позволило эффективно задействовать коммутаторы и для таких сетей, где трафик между сегментами был практически не отличим от трафика, использующегося в самих сегментах. Появление коммутаторов вдохнуло в технологию новую жизнь и открыло новые перспективы, позволив объединить низкие цены конечных устройств и высокую производительность сетей, базирующихся на коммутаторах. Применяя технологию коммутируемого Ethernet, для каждого устройства стало возможным получение выделенного канала между собой и портом коммутатора.
О том, как дальше развивались события, помнят, наверное, многие. В 1992 году на свет родилась идея Fast Ethernet, а одобрение было получено стандартом (802.3u) в 1995 году. Названная технология определяет 3 модификации для работы со следующими типами кабелей: 100BaseTX, 100BaseT4 и 100BaseFX. Модификация 100Base FX рассчитана на оптический кабель, а 100BaseTX и 100BaseT4 оптимальны для витой пары.
Стандарты 100BaseTX получили наибольшее распространение для кабеля 5-й категории (2 неэкранированные витые пары, с многомодовым оптическим кабелем применяется 100Base FX. Не смотря на то, что Fast Ethernet был более усовершенствованной версией стандарта Ethernet, для перехода 100BaseTX требовались определенные изменения в топологии сети. Теоретическое ограничение сегмента Fast Ethernet – 250 м, что определено принципом доступа CSMA/CD в совокупности максимальной скоростью передачи 100 Мбит/c. Традиционно Fast Ethernet используется в сегменте рабочих групп и отделов, но с недавних пор применяется в строительстве городских (домашних) сетей.
Проект Gigabit Ethernet имеет одну интересную особенность: он является первой разработанной высококлассными инженерами по электротехнике и электронике технологией для Ethernet, специально созданной для выхода за рамки локальных сетей. Gigabit Ethernet всегда считался технологией для локальных сетей, а проектирование 10 Gigabit Ethernet осуществлялось таким образом, чтобы алгоритмы передачи типичные для Ethernet работали от края до края глобальной сети.
Перспективу сетям Ethernet, имеющих пропускную способность10 и 100 Мбит/c, обеспечивает технология Gigabit Ethernet, основная цель которой – увеличение скорости передачи данных и сохранение совместимости с сетями, установленными на платформе Ethernet. Линейка продуктов, поддерживающих Gigabit Ethernet, внедряется в центре корпоративной сети, однако имеются и другие пути ее применения. Наиболее быстро в этом случае отдачу можно получить, заменив коммутаторы Fast Ethernet на аналоги и концентраторы Gigabit Ethernet. Благодаря чему в сети создается что-то вроде иерархии скоростей. У Gigabit Ethernet отсутствует встроенный механизм QoS, что является недостатком этого стандарта.
Стандарт IEEE 802.3ae в целом почти идентичен стандарту Ethernet (см. таблицу): разработчики сохранили и формат заголовка, и преамбулу, минимальную и максимальную величину кадра. Главное отличие стандарта – работа в полнодуплексном режиме с полным отказом от протокола CSMA/CD. Таким образом, внеся кардинальное изменение, разработчики существенно облегчили жизнь пользователям, избавив от несогласованности при работе с полнодуплексным и полудуплексным режимами.
Важные изменения затронули и физический интерфейс. Спецификация предусматривает 5 типов оптических интерфейсов:
- 10GBASE-LX4;
- 10GBASE-LR;
- 10GBASE-LW;
- 10GBASE-ER;
- 10GBASE-SR.
При этом разработчики осознанно отказались от «меди», поскольку даже работа этих систем на витой паре не смогла бы спасти дальность передачи от ограничения. Каждый физический интерфейс имеет 2 уровня: Physical Coding Sublayer или PCS, который отвечает за контроль передаваемых битовых последовательностей, и Physical Media Dependent или PMD, ведущий преобразование битов в оптические сигналы. Проектировщики сделали эти уровни не зависящими друг от друга.
Стандартом 802.3ae в отличие от Gigabit Ethernet поддерживаются 3 разновеликие волны (850, 1310 и 1550 нм), при этом каждой волне соответствует свой PMD. Physical Media Dependent каждой определенной волны имеет в свою очередь 2 соответствующих типа физ. интерфейсов: для территориально распределенных сетей – тип WAN PHY, для локальных – тип LAN PHY. Системы Gigabit Ethernet поддерживают лишь 2 типа стандартизованных оптических интерфейсов: в первом применяется многомодовое оптоволокно, другой тип работает на одномодовом, отличаются оптоволокна своей «дальнобойностью».
Тогда как прочие PMD-интерфейсы способны преобразовывать биты в светосигналы последовательно, интерфейсом 10GBASE-LX4 применяется технология спектрального уплотнения WWDM, что позволяет одновременно вести передачу битов на четырех разновеликих волнах. Отличаясь наибольшей гибкостью, этот интерфейс способен поддерживать как многомодовое оптоволокно с сердцевины 62,5 мкм (связь на ближних расстояниях до 300 м), и не менее успешно и одномодовое с 9 мкм (связь на дальних расстояниях до 10 км).
Одним из щепетильных вопросов остается вопрос цен на сетевое оборудование, применяющее названную технологию. Сначала продукты на платформе 10 Gigabit Ethernet имели крайне высокие цены. И цена за порт у многих крупнейших производителей и поставщиков, таких как Nortel Networks, Cisco Systems, Foundry Networks и других доходила до $100 тыс. Не удивительно, что интерес к ней проявлялся у малого процента пользователей, в шутку называемых богатыми энтузиастами, прочих потенциальных пользователей такие запредельные цифры отпугивали. Сейчас ситуация с ценами изменилась в сторону уменьшения, однако оборудование Fast Ethernet и Gigabit Ethernet стоит дешевле.
По предположениям, массовый спрос на технологию начнется после падения расценок до $5000-6000 за порт. Пока же решение для большинства остается недоступным, что, конечно, сдерживает развитие 10 Gigabit Ethernet.
Создатели 10 Gigabit Ethernet первоначально позиционировали его как решение для внутригородских сетей (MAN). Первую экспериментальную сеть, построенную на его основе, запустили в Лас-Вегасе в 2002 году, передача трафика велась только в пределах города. Сегодня 10 Gb Ethernet применяется и при создании кампусных и крупных корпоративных сетей, есть примеры его использования и в нашей стране. Поэтому, скорее всего, позиционирование стандарта будет пересмотрено.
Наряду с этим, понятно, что 10 Gigabit Ethernet нацелена на долгосрочную перспективу, позволяя перевести Ethernet на новую ступень, исключая большие затраты и проблемы администрирования, неизбежные при смене протокола. В ближайшее время такой метод станет самым оптимальным для агрегирования LAN и MAN сетей.
Gigabit Ethernet
10 Gigabit Ethernet
CSMA/CD + full duplex
Full duplex only
Leveraged Fibre Channel PMDs
New optical PMDs
Reused 8B/10B coding
New coding schemes 64B/66B
Optical/copper media
Optical media only (copper in development)
Support LAN to 5 km
Support LAN to 40 km
Carrier extension
Throttle MAC speed for WAN Use Sonet/SDH as Layer 1 transport
Таблица. Gigabit Ethernet vs 10 Gigabit Ethernet
10 Gigabit Ethernet в России
Первый в РФ официально объявленный проект, где ядро сети формируется на основе технологии Ethernet 10 Гбит/с. Выполнение проекта ведется с привлечением специалистов и ресурсов крупного промышленного предприятия – нефтехимического комбината «Салаватнефтеоргсинтез». В качестве системного интегратора проекта выступает ООО «Мехатрон», в качестве соисполнителя – CTI. Реализацию проекта, начатую в текущем году, планируется завершить до конца года.
ПО управление будет осуществляться при помощи программных пакетов Secure Access Control Server, CiscoWorks LAN Management Solution/Routed WAN Solution, VPN и Security Management Solution. Модульный принцип построения сети обеспечит отказоустойчивость системы, так как сбой в одном модуле не затронет систему в целом. Стратегические уровни сети, наряду с магистральными каналами, будут резервироваться.
Проектом предусмотрено формирование ядра сети, базируясь на 8-ми коммутаторах Cisco Catalyst 6500 и оборудовании Supervisor 720 с модулями коммутации и управления. Предполагается
