Новая жизнь Ethernet
«Экспресс-Электроника», #8/2004
Успех Ethernet - одна из тех загадок, которые не перестают удивлять. Вряд ли у этой технологии были фантастические преимущества, скорее, она была посредственной, но в то же время - что гораздо важнее - более дешевой. Сегодня история повторяется: одобренный в июне 2002 года стандарт 10 Gigabit Ethernet, несмотря на свою дороговизну и отсутствие подходящих телекоммуникационных задач, уже находит применение в корпоративных сетях.
Если вспомнить историю Ethernet, возникает ощущение, что этой технологии повезло больше, чем другим. Технология создана в исследовательском центре компании Xerox в 1970-x годах. Базовая спецификация IEEE 802.3 опубликована в 1980 году, а вскоре фирмы Digital Equipment, Intel и Xerox совместно разработали вторую версию спецификации. Как технология Ethernet вряд ли стала оптимальным решением (напомним, что в ее основе лежит принцип множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий - CSMA/CD) и изначально была ограничена тем, что множество пользователей конкурировали за одну полосу пропускания 10 Мбит/c. Однако со временем были найдены решения, частично снимающие эту проблему. В их основе лежит использование коммутаторов, в отличие от традиционных мостов имеющих большее количество портов и обеспечивающих передачу кадров между несколькими портами одновременно. Это позволяло эффективно применять коммутаторы и для таких сетей, в которых трафик между сегментами практически не отличается от трафика, циркулирующего в самих сегментах. После появления коммутаторов технология Ethernet перестала казаться бесперспективной, так как отныне стало возможным соединить низкую стоимость конечных устройств с высокой производительностью сетей, построенных на основе коммутаторов: используя технологию коммутируемого Ethernet, каждое устройство получает выделенный канал между собой и портом коммутатора.
То, что происходило дальше, наверняка, помнят многие. Идея Fast Ethernet родилась в 1992 году, а стандарт (802.3u) был одобрен в 1995-м.
Fast Ethernet определяет три модификации для работы с разными видами кабелей - 100BaseTX, 100BaseT4 и 100BaseFX. Модификации 100BaseTX и 100BaseT4 рассчитаны на витую пару, 100Base FX - на оптический кабель. Наибольшее распространение нашли стандарты 100BaseTX для кабеля категории 5 (две неэкранированные витые пары) и 100Base FX (многомодовый оптический кабель). Хотя Fast Ethernet и был развитием стандарта Ethernet, переход к 100BaseTX требовал некоторого изменения в топологии сети. Теоретический предел сегмента Fast Ethernet составляет 250 м. Это ограничение определено самой природой метода доступа CSMA/CD и скоростью передачи, не превышающей 100 Мбит/c. Основная область использования Fast Ethernet в настоящее время - сети рабочих групп и отделов, но с некоторых пор его стали применять и для строительства городских (домашних) сетей.
Развитие сетей Ethernet с пропускной способностью 10 и 100 Мбит/c представляет технология Gigabit Ethernet. Ее основная цель состояла в значительном повышении скорости передачи данных с сохранением совместимости с установленными сетями на базе Ethernet. Продукты, поддерживающие Gigabit Ethernet, в основном внедряют в центре корпоративной сети. Разумеется, есть и другие варианты ее применения. Самый оптимальный путь получения отдачи от внедрения Gigabit Ethernet состоит в замене коммутаторов Fast Ethernet на коммутаторы и концентраторы Gigabit Ethernet. Это приводит к тому, что в сети появляется некая иерархия скоростей. К недостаткам Gigabit Ethernet относят отсутствие встроенного механизма QoS.
Самая интересная особенность проекта 10 Gigabit Ethernet - то, что это первая разработанная Институтом инженеров по электротехнике и электронике технология для Ethernet, которая специально создавалась для того, чтобы выйти за рамки локальных сетей. Допустим, Gigabit Ethernet всегда рассматривался в качестве технологии для локальных сетей. А 10 Gigabit Ethernet проектировался так, чтобы алгоритмы передачи, предусмотренные Ethernet, действовали из конца в конец глобальной сети.
Стандарт, имеющий наименование IEEE 802.3ae, практически не отличается от исходной версии Ethernet (см. ): сохранен тот же формат заголовка, преамбула, минимальный и максимальный размер кадра.
Самое большое изменение - отказ от использования протокола CSMA/CD, поскольку 10 Gigabit Ethernet работает только в полнодуплексном режиме. Это кардинальное изменение, но оно облегчает жизнь, поскольку избавляет от несогласованности при использовании полнодуплексного и полудуплексного режимов.
Другое важное изменение касается физического интерфейса. В соответствии со спецификацией предусмотрено пять типов интерфейсов: 10GBASE-LR, 10GBASE-ER, 10GBASE-SR, 10GBASE-LW и 10GBASE-LX4. Все они являются оптическими. Отказ от "меди" понятен: даже если бы такие системы работали на витой паре, дальность передачи была бы очень ограниченной. Каждый физический интерфейс состоит из двух уровней: PCS (Physical Coding Sublayer), отвечающий за управление передаваемыми битовыми последовательностями, и PMD (Physical Media Dependent), преобразующий биты в оптические сигналы. Эти уровни спроектированы не зависящими друг от друга.
Для систем Gigabit Ethernet было предложено только два типа стандартизованных оптических интерфейса: в одном используется многомодовое оптоволокно, в другом - одномодовое (главное различие между ними заключается в их "дальнобойности"). В отличие от Gigabit Ethernet, стандарт 802.3ae поддерживает три разные длины волны (850, 1310 и 1550 нм), каждой из них соответствует свой PMD. В свою очередь, каждому PMD соответствует два типа физических интерфейсов - для локальных (LAN PHY) и территориально распределенных (WAN PHY) сетей.
В то время как другие PMD-интерфейсы преобразуют биты в световые сигналы последовательно, интерфейс 10GBASE-LX4 задействует технологию спектрального уплотнения WWDM для передачи битов одновременно на четырех длинах волн. Этот интерфейс является наиболее гибким, поскольку поддерживает как многомодовое оптоволокно с диаметром сердцевины 62,5 мкм для связи на ближних (до 300 м) расстояниях, так и одномодовое диаметром 9 мкм - на дальних (до 10 км).
Изначально 10 Gigabit Ethernet позиционировался как решение для сетей масштаба города (MAN), кстати, первая экспериментальная сеть, построенная на его основе, - это произошло в 2002 году в Лас Вегасе (США) - как раз и была рассчитана на передачу трафика в масштабах города. Но со временем, очевидно, его позиционирование пересмотрят, так как уже есть примеры использования 10 Gb Ethernet при строительстве крупных корпоративных и кампусных сетей, в том числе .
Едва ли не самый щепетильный вопрос касается цен на сетевое оборудование, использующее данную технологию. Первое время продукты на базе 10 Gigabit Ethernet стоили крайне дорого. У некоторых производителей (сейчас в число крупнейших поставщиков оборудования 10 Gb Ethernet входят Cisco Systems, Enterasys Networks, Extreme Networks, Foundry Networks, Nortel Networks и Force10 Networks), к примеру, цена за порт составляла $100 тыс. Понятно, что поначалу это отпугивало потенциальных пользователей и интерес к ней испытывал самый малый процент пользователей - в шутку их называли богатыми энтузиастами. На сегодняшний день цена изделий значительно снижена, но при этом все равно остается высокой по сравнению со стоимостью оборудования Fast Ethernet и Gigabit Ethernet.
Предполагают, что массовой новая технология станет после того, как расценки упадут до $5000-6000 за порт. По расчетам аналитиков, это произойдет примерно к 2006 году. А пока решение остается еще очень дорогим. Такое внимание цене уделено не зря - ведь это единственный фактор, сдерживающий развитие 10 Gigabit Ethernet.
С другой стороны, все понимают, что перспективы 10 Gigabit Ethernet долгосрочные: данная технология позволяет перевести Ethernet на новый уровень без больших затрат и проблем администрирования, неизбежных при смене протокола. В ближайшие годы это будет самый оптимальный метод для агрегирования сетей (как LAN, так и MAN).
| 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 |
