Ethernet 10-gigabitowy

Większość sieci lokalnych opiera się na standardach ethernetowych 10Base-T (10 Mb/s; IEEE802.3i) oraz 100Base-TX (100 Mb/s; IEEE802.3u, 1995). Od pewnego czasu coraz większe znaczenie zyskuje też Ethernet gigabitowy. Jego typowe zastosowania to sieć szkieletowa oraz połączenia punkt-punkt między sieciami. Największe znaczenie mają warianty 1000Base-SX i LX z kablem światłowodowym (IEEE802.3z, 1998) oraz 1000Base-T (IEEE802.3ab, 1999) ze skrętką kat. 5.

Większość sieci lokalnych opiera się na standardach ethernetowych 10Base-T (10 Mb/s; IEEE802.3i) oraz 100Base-TX (100 Mb/s; IEEE802.3u, 1995). Od pewnego czasu coraz większe znaczenie zyskuje też Ethernet gigabitowy. Jego typowe zastosowania to sieć szkieletowa oraz połączenia punkt-punkt między sieciami. Największe znaczenie mają warianty 1000Base-SX i LX z kablem światłowodowym (IEEE802.3z, 1998) oraz 1000Base-T (IEEE802.3ab, 1999) ze skrętką kat. 5.

Nowy standard IEEE 802.3ae, czyli Ethernet 10-gigabitowy, to zwiększenie szybkości transmisji o kolejny rząd wielkości. Technologia zdecydowanie wykracza więc poza zakres zastosowań LAN i w stronę obszaru sieci miejskich (MAN) i rozległych (WAN).

Ethernet 10-gigabitowy w sieciach LAN i WAN

Przegląd - powyższy diagram przedstawia wszystkie standardy ethernetowe według IEEE.

Przegląd - powyższy diagram przedstawia wszystkie standardy ethernetowe według IEEE.

Ethernet 10-gigabitowy ma nad innymi standardami zdecydowaną przewagę - nawet bardzo rozległe topologie sieci można zrealizować w jednolitej technologii, opartej na IP i Ethernecie. Dzięki temu odpada problem konwersji protokołów w warstwie przesyłowej wraz ze wszystkimi związanymi z tym problemami i koniecznymi kompromisami. To nie tylko ułatwia łączenie rozproszonych terytorialnie sieci LAN. Nowa technologia obiecuje również znaczące obniżenie kosztów, na przykład w wyniku łączenia rozproszonych punktów dostępowych (POP) ponadregionalnych dostawców Internetu. W ten sposób Ethernet 10-gigabitowy (10GE) to nie tylko potencjalny zamiennik technologii ATM, która w zakresie niższych szybkości transmisji i tak już znacznie straciła znaczenie. Ethernet 10G konkuruje również z co najmniej tak samo szybkimi technologiami WAN, jak SONET/OC-192 lub SDH/STM-64.

Wymagania i cele

Z licznych wymagań, które odgrywały znaczącą rolę podczas definiowania standardu Ethernetu 10G, trzy najważniejsze cele to: nowa technologia powinna być maksymalnie kompatybilna z obowiązującymi standardami, oferować podobnie korzystną strukturę kosztów, a także wykorzystywać stosowane interfejsy i typy okablowania.

Jako wartość graniczną kosztów przyjęto współczynnik x2-, najwyżej x3 w stosunku do instalacji Ethernetu gigabitowego. W stosunku do typowych dla sieci WAN systemów SONET/SDH oznacza to w każdym razie oszczędność kosztów rzędu minimum 30 procent. Wynika to przede wszystkim z trzech czynników:

  • Ethernet 10G korzysta z tych samych zasadniczych formatów i technologii Ethernetu, np. transmisja odbywa się nadal asynchronicznie, a ekonomiczne przełączniki typu "store and forward" mogą sprostać wymaganiom ruchu w sieci. Oznacza to także istotne oszczędności zarówno na etapie projektu i produkcji, jak i podczas eksploatacji i administracji.
  • W zakresie nośników transmisji Ethernet10G ma zaledwie kilka elementarnych wymogów jakościowych.
  • Zapewnia szereg fizycznych protokołów transportowych, które można zoptymalizować kosztowo zależnie od odległości, jakie mają obejmować łącza.
Kompatybilność

Ethernet 10G powinien być kompatybilny z wieloma innymi standardami, w tym z:

  • składnikami standardu IEEE802.3, jak 802.1p (multicast), 802.3q (VLAN) i 802.3ad (Link Aggregation);
  • standardami IETF, jak Simple Network Management Protocol (SNMP), Multi-Protocol Label Switching (MPLS) i Remote Monitoring for Ethernet (RMON);
  • standardami z otoczenia OSI (Open Systems Interconnection). Powiązanie z cechami Ethernetu zapewnia korzyści w stosunku do rozwiązań konkurencyjnych, np. zachowanie formatu i długości ramek IEEE802.3 powoduje, że przełączanie jest szybsze niż w technologiach WAN, ponieważ nie trzeba dopasowywać zarówno ramek (segmentacja i rekonstrukcja), jak i adresów.
Nośnik transportowy światłowód

Już podczas standaryzacji Ethernetu gigabitowego zastanawiano się, czy komercyjne przesyłanie kablami miedzianymi ma sens. Ostatecznie po długich dyskusjach przyjęto w końcu standard 1000Base-T. Umożliwia on przesył skrętką kat. 5 na odległość do 100 m. Jednak już wówczas było dla wszystkich jasne, że następny próg szybkości można będzie, a nawet należy pokonać już tylko z użyciem światłowodów. Stosownie do tych uzgodnień Ethernet 10G przewiduje do topologii gwiaździstych tylko połączenia optyczne punkt-punkt.

Już podczas standaryzacji Ethernetu gigabitowego okazało się ponadto, że wykorzystanie stosowanego okablowania LAN jest warunkiem komercyjnego sukcesu standardu sieciowego. W jeszcze większym stopniu zasada ta odnosi się do okablowania sieci WAN, bo znajduje się ono w domenie publicznej. Ewentualne rozszerzenia lub dostosowania wymagałyby dużych nakładów. Dlatego właśnie Ethernet 10G definiuje aż siedem możliwych interfejsów fizycznych do już eksploatowanych typów okablowania LAN i WAN.

Interfejs niezależny od nośnika

Wielość możliwych interfejsów fizycznych wywołuje skutki przede wszystkim w odniesieniu do aktywnych komponentów sieciowych - interfejsy niezależne od nośnika zyskują znaczenie zarówno dla producentów, jak i użytkowników. Tego rodzaju interfejsy przewidziano już w pierwszych standardach Ethernetu. Miały umożliwiać elastyczne i ekonomiczne sprzężenie ze złączami fizycznymi. Jednak tzw. Attachment Unit Interfaces (AUI) do Ethernetu 10 Mb/s względnie Media Independent Interfaces (MII) do Fast Ethernetu praktycznie nie mają już dziś żadnego znaczenia.

Z wyjątkiem styku LAN-LAN, gdzie ze względu na konieczność pokonania większych odległości stosuje się zwykle światłowody, niemal powszechnym standardem stało się złącze RJ45 na kablu-skrętce. W tej sytuacji długo nie przykładano specjalnej wagi do modularności i elastyczności. Po wprowadzeniu Ethernetu 10G może się to zmienić.

Pełny dupleks jako standard

Pierwotny standard Internetu IEEE 802.3 przewidywał zastosowanie kabla koncentrycznego w topologii magistrali jako fizycznego nośnika. Nośnik fizyczny jest jednocześnie dostępny wszystkim uczestnikom komunikacji (shared medium). Ogranicza to komunikację do trybu półdupleksowego. Wprowadzenie skrętki jako nośnika umożliwiło jednak fizyczne rozdzielenie kanału nadawczego od odbiorczego, a tym samym jednoczesną komunikację w obu kierunkach (pełny dupleks). Dało to znaczne korzyści w zakresie połączeń między aktywnymi węzłami, jak mosty i przełączniki. Pełna szybkość transmisji 10 Gb/s ma obecnie sens chyba tylko pomiędzy aktywnymi komponentami. Dlatego, a ponadto ze względu na przesyłanie wyłącznie kablami światłowodowymi, tryb pełnego dupleksu jest nieodzowny w Ethernecie 10G.

Już w trakcie wprowadzania Ethernetu gigabitowego okazało się, że tryb póldupleks nie ma w praktyce żadnego znaczenia. Niewykluczone, że sytuacja ta może się niedługo zmienić wraz z upowszechnieniem się okablowania gigabitowego bezpośrednio do komputerów. Podobny scenariusz jest jednak z dzisiejszego punktu widzenia nieprawdopodobny w odniesieniu do systemów 10-gigabitowych.

W ten sposób Ethernet 10-gigabitowy kończy erę nasłuchiwania łącza i usuwania kolizji, czyli technikę zwaną CSMA/CD (Carrier Sense with Multiple Access/Collision Detection).


Zobacz również