240-2312 (Высокоскоростные сети), страница 10

Применение последней из технологий Ethernet ограничивается в основном территориальными сетями комплекса зданий, но не стоит удивляться, если будущие версии проникнут за их пределы.

НАБИРАЯ СКОРОСТЬ

Еще несколько лет назад самой распространенной скоростью передачи данных в сетях Ethernet была 10 Мбит/с. В то время казалось, что для большинства приложений этого вполне достаточно. Между тем магистральные сети постепенно становились "узким местом", а каналы между коммутаторами перестали справляться с потоком данных. В результате сообщество производителей и IEEE стали искать возможности расширить 802.3 Ethernet за пределы 10 Мбит/с.

Задача состояла в том, чтобы найти способ отображать кадры Ethernet на физический уровень, функционирующий со скоростью более 10 Мбит/с. Стандарты Fast Ethernet удалось принять и внедрить относительно безболезненно, поскольку рабочая группа IEEE решила заимствовать технологию из сетей FDDI, поддерживающих скорости в 100 Мбит/с.

"Если взглянуть на стандарты 100BaseFX и 100BaseTX, то они, по сути, представляют собой модификацию физического уровня FDDI, — говорит Дейв Робертс из компании Bay Networks. — Соответствующие микросхемы уже были реализованы, а это огромное преимущество". Кроме того, производители и пользователи знали, как данная технология должна работать, что позволяло значительно ускорить процесс разработки и стандартизации. "Образно говоря, мы знали, как добраться из пункта A в пункт B", — добавил Робертс.

Аналогично, когда начались дискуссии о том, как передавать кадры Ethernet со скоростью 1 Гбит/с, разработчики стандартов обратились к апробированной технологии, наиболее для этого подходящей. В результате они позаимствовали характеристики физического уровня Fibre Channel — после определенной доработки эта технология была способна передавать трафик Ethernet с невообразимой ранее скоростью. "Хотя сети Fast Ethernet работали с более низкими скоростями, разговоры с производителями показали, что имеющиеся компоненты Fast Ethernet будет достаточно легко использовать для реализации гигабитных скоростей, — говорит Робертс. — Встретившиеся препятствия были вполне преодолимы".

Поскольку такая практика заимствования позволяет не разрабатывать новую технологию целиком, реализация как стандарта 802.3u (Fast Ethernet), так и 802.3z (Gigabit Ethernet) заняла менее трех лет. Подобные сжатые сроки были практически немыслимы, когда речь шла о таких важных спецификациях, как Ethernet. Здравый смысл подсказывает, что определение стандартов Ethernet для скоростей свыше 1 Гбит/с потребует несколько больше времени. Тому есть несколько причин.

Прежде всего, это отсутствие согласия по поводу того, что Ethernet будет представлять собой на следующем эволюционном шаге своего развития. Многие призывают к скачку сразу до 10 Гбит/с, в то время как другие предпочитают более осторожный подход, предлагая в качестве отправной точки 2 Гбит/с с постепенным увеличением скорости до 4, 8, а возможно, и 10 Гбит/с. "Сегодня 10 Гбит/с воспринимается в качестве следующего шага, но это слишком большой прыжок, — считает Робертс. — Совершить его будет очень и очень непросто".

Еще одной причиной того, почему мультигигабитная технология Ethernet может оказаться не столь легко достижимой целью, как Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, является отсутствие физического уровня, которым бы разработчики стандарта могли воспользоваться для передачи кадров Ethernet с еще более высокой скоростью.

"Ввиду отсутствия очевидного кандидата на роль физического уровня в 10 Гбит/с, который мы могли бы использовать (или который кто-то уже разработал), предстоящий путь потребует определенных усилий", — говорит Робертс.

Вероятным претендентом на роль такого транспорта может стать SONET, механизм, который технология ATM использует для достижения высоких скоростей передачи данных. Отображаемые в транспортный сервис SONET ячейки ATM могут передаваться со скоростями 155 Мбит/с (соответствующей SONET OC-3) или 622 Мбит/с (соответствующей OC-12).

Достоинством SONET является возможность масштабирования. Уровень OC-48 около 2,4 Гбит/с уже определен, а в принципе SONET может наращиваться до OC-192 (около 10 Гбит/с) и выше. Похоже, SONET имеет смысл использовать для мультигигабитных сетей Ethernet, однако разработчики должны определить, как отображать более высокие уровни Ethernet на физический уровень. Для SONET характерны такие недостатки, как высокие накладные расходы, но тем не менее возможность получить готовый транспорт для скоростей свыше 1 Гбит/с остается очень привлекательной и с точки зрения стоимости. Если SONET, в конечном счете, найдет место в будущих стандартах, то это откроет естественный способ расширения технологии Ethernet в область глобальных сетей.

«Еще один подход к достижению скоростей свыше Gigabit Ethernet состоит в применении транкинга — метода, когда несколько линий объединяются в один логический канал, — поясняет Дуг Руби, вице-президент по маркетингу продуктов компании Lucent Technologies. — Вместо 1 Гбит/с вы можете получить совокупную пропускную способность в 2 или 5 Гбит/с (в зависимости от потребностей)». Он добавил также, что благодаря транкингу пользователи не ограничены пределом 1 Гбит/с, и им не нужно переходить на какую-то новую технологию.

Между тем независимо от того, какой физический уровень и какой метод будет выбран в качестве базиса для разработки мультигигабитных технологий Ethernet, неизменным остается вопрос — способность проложенной оптической кабельной системы поддерживать возросшую скорость передачи данных и доставлять их на нужные расстояния.

ПРОБЛЕМЫ РАССТОЯНИЯ

В период утверждения стандарта 802.3z организация Gigabit Ethernet Task Force столкнулась с так называемой дифференциальной задержкой (Differential Mode Delay, DMD), — она состоит в рассинхронизации сигналов при применении лазеров для передачи данных на большие расстояния по многомодовому волоконно-оптическому кабелю. Из-за высоких скоростей Gigabit Ethernet эта технология оказалась первой, где обнаружилась подобная проблема. (Подробнее о DMD рассказывается во врезке "Небольшая задержка".)

Кроме того, физические характеристики многомодового волоконно-оптического кабеля не позволяют применять Gigabit Ethernet на очень больших расстояниях, а с увеличением скорости проблемы лишь усугубляются. "Ясно, что многомодовый волоконно-оптический кабель достиг потолка своей пропускной способности, — говорит Аронсон из HP Labs. — Речь может идти лишь о коротких участках длиной в 275 м для 62-микронного волоконно-оптического кабеля при максимуме в 550 м, но в случае четырех-, восьми- или десятикратного увеличения скорости Gigabit Ethernet эти расстояния придется пропорционально сократить".

Для многих приложений это окажется бесполезным, поскольку протяженность магистрального канала составляет обычно как минимум 300 м. Аронсон отметил, что, если взять в качестве примера Ethernet на 10 Гбит/с, предельное расстояние для многомодового волоконно-оптического кабеля составит от 50 до 70 м, чего, очевидно, недостаточно даже для настольных систем, не говоря уже о магистралях.

Одним из лежащих на поверхности решений является применение одномодового волоконно-оптического кабеля, что устраняет проблему DMD. Между тем, по мнению Брайана Лемоффа, технического специалиста HP Labs, использование одного лазера для передачи данных с высокой скоростью на большие расстояния по одному оптическому волокну все равно не решит проблемы ограничений на максимально допустимое расстояние. К тому же в большинстве существующих инсталляций применяется многомодовый волоконно-оптический кабель, и пользователи вряд ли захотят заменять свою дорогостоящую кабельную инфраструктуру. "Единственным реальным решением задачи многократного увеличения пропускной способности волоконно-оптического кабеля остается технология мультиплексирования с разделением по длинам волн (Wavelength Division Multiplexing, WDM)", — считает он. WDM предусматривает передачу световых импульсов по одному и тому же оптическому волокну одновременно несколькими лазерами. (Подробнее о WDM рассказывается в статье Э. Кларк "WDM: новые горизонты оптоволокна" в апрельском номере LAN за прошлый год.) Исследователи из лаборатории HP Labs работают над проектом применения четырех недорогих лазеров для передачи на четырех длинах волн, в результате чего ограничения на расстояния останутся прежними, а совокупная пропускная способность увеличится.

На весенней выставке и конференции Networld+Interop 1998 г., проходившей в Лас-Вегасе, специалисты HP продемонстрировали возможность увеличения скорости передачи данных по каждому из четырех каналов кабеля до 2,5 гигабод при совокупной скорости передачи 10 гигабод на расстояние до 275 м. (Скорость измерялась в гигабодах, а не в гигабитах, поскольку демонстрация проводилась на физическом уровне без кодирования Ethernet.)

Чтобы сделать мультигигабитные технологии реальностью, коллектив Лемоффа рассматривает несколько конфигураций WDM. Одна из них состоит из четырех каналов, на 1,25 гигабод каждый (всего 5 гигабод), при расстоянии 275 м. С учетом кодирования Ethernet это позволяет получить скорость передачи до 4 Гбит/с (из-за 20% накладных расходов).

Другой сценарий дает возможность удвоить скорость при сокращении расстояния вдвое, т. е. достичь скорости 10 гигабод на участке длиной 150 м. При изменении схемы кодирования достигаемая скорость может оказаться близка к 10 Гбит/с. В противном случае (при сохранении схемы кодирования) она составит 8 Гбит/с (из-за накладных расходов).

Последним вариантом, который исследователи из HP Labs и считают наиболее перспективным, является применение лазерной технологии с длиной излучаемой волны 1300 нанометров в целях увеличения расстояния до 600–700 м. Если скорость передачи данных по каждому каналу удвоить до 2,5 гигабод, то покрываемое расстояние для многомодового волоконно-оптического кабеля уменьшится примерно до 300 м. Данная технология совместима также с одномодовыми волоконно-оптическими кабелями, протяженность которых может достигать 10 км.

Эти 1300-нанометровые лазеры намного дороже тех, которые работают на более коротких длинах волн, но коллектив разработчиков HP считает, что достижения в области резонаторных поверхностных лазеров (vertical-cavity surface emitting laser) способны снять проблему высокой стоимости. Между тем эти исследования только начались, и для достижения результатов предстоит проделать долгий путь.

«Мы не стремимся конкурировать с телекоммуникационными компаниями в области дальней связи», — сказал Лемофф. Он пояснил, что HP пытается создать модуль, стоимость которого примерно эквивалентна стоимости существующих модулей Gigabit Ethernet. Этот модуль будет иметь приблизительно тот же размер и позволит применять те же самые разъемы для многомодового волоконно-оптического кабеля.

«Переход от Gigabit Ethernet к технологии на основе WDM потребует поэтапного решения нескольких важных технических проблем, — считает сотрудница лаборатории HP Labs Лайза Бакмэн. — Нам понадобятся оптические компоненты для объединения и разделения светового сигнала с разной длиной волны и лазерная технология, отличная от той, что мы сегодня имеем». Она отметила также, что ее коллектив работает над технологией физического уровня, использовать которую могли бы любые технологии более высокого уровня, например Ethernet или ATM.

КАЧЕСТВО УСЛУГ

Если одни производители и пользователи с пониманием и воодушевлением относятся к перспективе передачи кадров Ethernet со скоростями свыше 1 Гбит/с, то другие имеют на этот счет иное мнение. «Может быть, вместо того, чтобы тратить время и деньги на разработку технологии следующего поколения, лучше с максимальной выгодой использовать то, что мы имеем сегодня?» — спрашивают они. Дуг Руби из компании Lucent тоже задается этим вопросом. В январе 1998 г. Lucent завершила 200-миллионную сделку по приобретению фирмы Prominet, пионера в области разработки Gigabit Ethernet. Она стала частью группы по продуктам для корпоративной инфраструктуры в организации сетевых систем передачи данных компании Lucent.

«Мне кажется, пока слишком рано говорить, что следующим шагом будет Ethernet на 10 Гбит/с. Более того, я абсолютно уверен, что следующий шаг будет иным», — полагает Руби. Он говорит, что при появлении три года назад технология Fast Ethernet сразу стала пользоваться устойчивым высоким спросом, однако, если сравнивать с историей Fast Ethernet, Gigabit Ethernet появился слишком рано, поэтому его пропускной способности хватит еще надолго. Из-за этого Руби больше волнуют вопросы обеспечения на гигабитных скоростях качества услуг (Quality of Service, QoS).

«Сегодня стандарты определяют не просто передачу битов по кабелю, а построение всей коммутационной системы, такой, как ATM, а это уже не просто физический уровень OC-3, а целый комплекс спецификаций (таких, как управление потоком данных и маршрутизация), — говорит Руби. — Я считаю, что Ethernet будет развиваться в том же направлении».

Он добавил, что несмотря на то, что некоторые проблемы качества услуг можно разрешить в рамках таких стандартов, как IEEE 802.1p (для описания полей пакетов для задания различных уровней приоритетов) или RSVP (для запроса у маршрутизатора требуемых ресурсов), они все же не решают всех проблем. «Мне часто приходится разговаривать с администраторами сетей, но они затрудняются ответить, сколько они готовы потратить на управление пропускной способностью в локальной сети, — рассказывает Руби. — Они могут расходовать немало средств на каналы глобальных сетей, но к локальным сетям это не имеет отношения». По этой причине качество услуг не обеспечивается даже в тех территориальных сетях, где используется ATM —все данные там доставляются по мере возможности. Качество услуг предоставляется обычно на границе сети — между локальной и глобальной сетью.