Переход Ethernet на гигабитные скорости

Достаточно быстро после появления на рынке продуктов FastEthernet сетевые интеграторы и администраторы почувствовали определенные ограничения при построении корпоративных сетей на базе этих двух технологий. Во многих случаях серверы, подключенные по 100-Мегабитному каналу, перегружали магистрали сетей, работающие также на скорости 100 Мб/c - магистрали FDDI и FastEthernet. Ощущалась потребность в следующем уровне иерархии скоростей. В 1995 году более высокий уровень скорости могли предоставить только коммутаторы АТМ, а при отсутствии в то время удобных средств миграции этой технологии в локальные сети (хотя спецификация LANEmulation - LANE, была принята в начале 1995 года, практическая ее реализация была впереди) внедрять их в локальную сеть почти никто не решался.

Поэтому логичным выглядел следующий шаг, сделанный IEEE - через 5 месяцев после окончательного принятия стандарта FastEthernet в июне 1995 исследовательской группе по изучению высокоскоростных технологий IEEE было предписано заняться изучением возможности выработки стандарта Ethernet с еще более высокой битовой скоростью.

Летом 1996 было объявлено о создании группы 802.3z для разработки протокола, максимально подобного Ethernet, но с битовой скоростью 1000 Мб/c. Как и в случае FastEthernet, сообщение было воспринято сторонниками Ethernet с большим энтузиазмом, а лагерь приверженцев технологии АТМ это сообщение насторожило.

Основной причиной энтузиазма была перспектива такого же плавного перевода магистралей сетей на GigabitEthernet, подобно тому, как были переведены на FastEthernet перегруженные сегменты Ethernet, расположенные на нижних уровнях иерархии сети.

Образованный для согласования усилий в этой области GigabitEthernetAlliance сразу же включал таких флагманов отрасли как BayNtworks, CiscoSystems и 3Com. За год своего существования GigabitEthernetAlliance существенно вырос и насчитывает сейчас более 100 членов.

Основная идея разработчиков стандарта GigabitEthernet состоит в максимальном сохранении идей классической технологии Ethernet при достижении битовой скорости в 1000 Мб/с. GigabitEthernet также как и его менее скоростные собратья не будет на уровне протокола поддерживать:

• качество обслуживания;
• избыточные связи;
• тестирование работоспособности узлов и оборудования (в последнем случае - за исключением тестирования связи порти - порт, как это делается для Ethernet и FastEthernet).

По-прежнему будут существовать полудуплексная версия протокола, поддерживающая метод доступа CSMA/CD, и полнодуплексная версия, работающая с коммутаторами.

Основные проблемы, которые решают разработчики стандарта GigabitEthernet, сосредоточены в следующих областях:

• В связи с ограничениями, накладываемыми методом CSMA/CD на длину кабеля, версия GigabitEthernet для разделяемой среды допускала бы длину сегмента всего в 25 метров. Так как существует большое количество применений, когда нужно повысить диаметр сегмента хотя бы до 100 метров, то сейчас предпринимаются усилия по использованию всего потенциала современных технологий для преодоления "врожденного" ограничения метода CSMA/CD.

Одно из предложений состоит в расширении минимального размера кадра с 64 до 512 байт. Если поле данных состоит из меньшего количества байт, то кадр дополняется до 512 байт служебными символами. Такой подход позволяет увеличить диаметр сети до 100 м, но снижает полезную пропускную способность сети.

Второе предложение основано на применении для соединения узлов в сегмент буферизующего полнодуплексного повторителя. Такой повторитель разрешает станциям работать со своими портами по полнодуплексной схеме, снимая реализацию метода доступа CSMA/CD с сетевых адаптеров компьютеров. Однако, повторитель по прежнему реализует разделяемую среду в 2 Гб/c за счет применения алгоритма CSMA/CD к кадрам, поступившим в буфер порта. Такой подход позволяет строить связи между узлом и повторителем той же длины, что и в случае использования коммутатора. Сам же полнодуплексный повторитель оказывается дешевле коммутатора, так как его внутренняя производительность должна составлять всего 2 Гб/c вместо N/2x2 Гб/c при построении коммутатора с N портами GigabitEthernet. Полнодуплексный повторитель позволяет соединять сегменты GigabitEthernet с сегментами Ethernet и FastEthernet.

• Достижение битовой скорости 1000 Мб/c на основных типах кабелей. Даже для оптоволокна достижение такой скорости представляет некоторые проблемы, так как технология FibreChannel, физический уровень которой был взят за основу для оптоволоконной версии GigabitEthernet, обеспечивает скорость передачи данных всего в 800 Мб/c (битовая скорость на линии равна в этом случае примерно 1000 Мб/c, но при методе кодирования 8B/10B полезная битовая скорость на 20% меньше скорости на линии). Разработчики стандарта считают, что на многомодовом оптоволокне им удастся обеспечить расстояние между узлами для полнодуплексного режима работы в 550 м, а для одномодового волокна - до 3000 м.
• Поддержку кабеля на витой паре. Отдельный комитет 802.3ab был создан для разработки стандарта GigabitEthernet на витой паре 5 категории. У председателя группы 802.3z Говарда Фрэйзера, специалиста из компании Cisco, есть оптимизм относительно возможностей техники кодирования при использовании всех четырех пар кабеля категории 5. При использовании всех четырех пар (это возможно при отказе от применения алгоритма CSMA/CD на отрезке сети между конечным узлом и повторителем или же при работе с коммутатором) задача все равно остается непростой, так как по каждой паре нужно передать данные со скоростью 250 Мб/c - максимальная скорость работы на витой паре категории 5 в 155 Мб/c достигается в настоящее время технологией АТМ. Так что задача чрезвычайно непростая. Использование же двух пар витой пары категории 6 вызывает сомнения - экранирование при скорости передачи по одной 1000 Мб/c необходимо как средство защиты людей от вредного излучения, а экранирование связано с решением проблем заземления, часто весьма сложных, кроме того, стоимость кабельной системы на экранированной витой паре категории 6 будет сравнима со стоимостью оптоволоконной кабельной системы.

Первый проект стандарта GigabitEthernet был представлен на рассмотрение группы 802.3z в январе 1997 года, а окончательное принятие ожидается в начале 1998 года.

GigabitEthernetAlliance предполагает, что стоимость одного порта концентратора GigabitEthernet в 1998 году составит от $920 до $1400, а стоимость одного порта коммутатора GigabitEthernet составит от $1850 до $2800.

Как и в случае с FastEthernet, оборудование GigabitEthernet появилось на рынке задолго до окончательного принятия стандарта. 13 компаний производили летом 1997 года коммутаторы GigabitEthernet, 3 компании - концентраторы GigabitEthernet, 6 - сетевые адаптеры GigabitEthernet. Небольшое количество моделей концентраторов GigabitEthernet связано с трудностями реализации этой технологии на разделяемой среде. Коммутаторы на оптоволокне реализовать проще - для этого нужно взять микросхемы FibreChannel, разогнать их до тактовой скорости 1.2 Ггц и снабдить устройство коммутирующим ядром достаточной производительности.

Для технологии GigabitVG предлагается реализовать скорость 500 Мб/с для витой пары и 1 Гб/с для оптоволокна. Предельные расстояния между узлами ожидаются следующие: для витой пары - 100 м, для многомодового оптоволокна - 500 м и для одномодового оптоволокна - 2 км.