Стандарт 10 Gigabit Ethernet обещает предложить нечто большее, чем простое увеличение пропускной способности, но сможет ли он этого добиться?

Емкость локальной сети соответственно увеличивается на порядок, открывая новый этап в бесконечной череде модернизаций.

На этот раз все может быть иначе. Да, 10 Gigabit Ethernet (10GbE) сулит появление еще более быстрых сетей с большей емкостью, чем в состоянии заполнить большинство сетевых администраторов. Однако новый стандарт обещает не только это. Данная технология вызывает беспрецедентный интерес у провайдеров услуг, так как они планируют использовать ее для создания нового поколения городских сетей.

Если верить производителям и операторам, эти сети смогут предложить в тысячу раз большую пропускную способность, чем современные соединения T-1 или E-1, причем по сопоставимым ценам. Они также смогут добиться успеха там, где потерпел неудачу ATM, объединив локальные и глобальные сети на базе единой технологии. Локальные сети можно будет соединять непосредственно друг с другом и со службами независимых производителей.

Если все это кажется вам нереальным, подумайте еще раз. Первые продукты уже появились в продаже, хотя в них и используются нестандартные технологии. Новые службы развертываются пока на базе существующего стандарта Gigabit Ethernet. Официальный стандарт 10GbE, как предполагается, IEEE представит только в 2002 г., хотя его разработка ведется с опережением графика.

Тем не менее администраторы сети должны действовать с осторожностью. Вопросы совместимости останутся открытыми до полной ратификации стандарта, а некоторые аналитики отрасли сомневаются в том, что один протокол в состоянии удовлетворить все сетевые требования. Для самого по себе Ethernet вопросы надежности и качества обслуживания остаются по-прежнему нерешенными. Но неужели технология, впервые предложенная в начале 1970-х гг., действительно подходит для сетей третьего тысячелетия?

КАКАЯ СКОРОСТЬ ВАМ НУЖНА?

Перед тем как разбираться в деталях 10GbE, администраторам сети стоит понять, а нужен ли он им на самом деле. В конце концов, большинство локальных сетей по-прежнему работает с обычной для Ethernet скоростью 10 Мбит/с, и даже серверы, как правило, подключаются по соединениям на 100 Мбит/с. «Ни один из имеющихся на рынке ПК не способен поддерживать Gigabit Ethernet, — считает Пит Кинкед, менеджер по высокоскоростным технологиям производителя коммутаторов Anritsu, — тем не менее новая шина PCI должна изменить сложившуюся ситуацию».

В большинстве ПК используется 32-разрядная шина, работающая на частоте 33 МГц, что позволяет получить емкость чуть больше 1 Гбит/с. Однако реальная пропускная способность составляет менее половины этой величины, причем ее совместно используют почти все устройства ввода/вывода, т. е. жесткие диски и некоторые адаптеры дисплеев, а не только сеть. В большинстве серверов сейчас применяется более широкая 64-разрядная шина, со вдвое большей емкостью. Стандарт PCI-X следующего поколения предусматривает увеличение частоты до 133 МГц, что вполне достаточно для поддержки Gigabit Ethernet и даже больше.

Почти все современные сетевые платы могут применяться в обоих видах сетей, на 10 Мбит/с и на 100 Мбит/с, а некоторые даже начинают поддерживать новый стандарт 1000BaseT для Gigabit Ethernet по медным соединениям. Когда старые концентраторы или коммутаторы на 10 Мбит/с будут заменены на нечто более быстрое, емкость сети автоматически вырастет в 10 или даже в 100 раз. Объединение таких каналов увеличит нагрузку на магистраль, возможно, даже свыше 1 Гбит/с.

«Требования к пропускной способности локальной сети к 2002 г. будут составлять от 10 до 160 Гбит/с», — считает Брюс Толли, менеджер по продуктам Gigabit Ethernet компании Cisco Systems. Он полагает, что сетевым администраторам стоит подумать о новом стандарте на каналы между коммутаторами и кластерами серверов, об объединении нескольких каналов Gigabit Ethernet и о сверхвысокоскоростных соединениях между зданиями.

Не меньше споров вызывает и утверждение о том, что увеличение емкости может решить традиционный для Ethernet вопрос качества обслуживания. Версии протокола на 10 и 100 Мбит/с опираются на алгоритм CSMA/CD, благодаря которому несколько сетевых узлов могут совместно использовать один и тот же канал. Каждый узел посылает информацию только тогда, когда канал не занят. В том случае, если два узла одновременно пытаются осуществить передачу, возникает коллизия, и ни одно из сообщений не доходит до адресата. После этого оба узла выжидают некоторое случайное время и повторяют попытку.

Хотя 10GbE отказывается от CSMA/CD в пользу отдельных каналов для передачи и приема, коллизии замедляют скорость работы сети и порождают непредсказуемые задержки и вариации задержки. В экстремальных случаях эти искажения могут привести к тому, что пакеты будут приходить к адресату в неверном порядке, из-за чего Ethernet не подходит для приложений реального времени. Гарантировать определенную пропускную способность невозможно, поскольку все пользователи вынуждены конкурировать между собой за доступ к сети, и кто из них получит его первым, зависит от случая.

Для предоставления приоритетов различным пользователям и приложениям разработано множество схем (raison d?etre в основе ATM), но 10GbE предлагает более демократическое решение: неограниченная пропускная способность решает все проблемы. «Пропускная способность больше не является дефицитным ресурсом, — считает Кинкед. — Позволяет ли это отказаться от различных классов сервиса? Ответ — да».

ПЕРВЫЕ ПОЛЬЗОВАТЕЛИ

Хотя в конечном итоге 10GbE должен найти свое применение на магистрали локальной сети, впервые он был реализован в сетях операторов. За последний год провайдеры услуг во всем мире пришли к выводу, что Gigabit Ethernet представляет собой приемлемую альтернативу традиционным архитектурам SONET и ATM, особенно на абонентских линиях (см. врезку «Оптические иллюзии»).

Услуги глобальных сетей на базе Ethernet позволят администратору сети использовать единый протокол как для общедоступных, так и для частных сетей. «В этом случае никакого преобразования пакетов или маршрутизации не требуется, — подчеркивает Кинкед. — Никаких маршрутизаторов ATM или точек доступа frame relay, только Ethernet».

С этим утверждением согласны и конечные пользователи. «Нашему подразделению ИТ не придется изучать новую технологию или приобретать новое оборудование», — замечает Метт Кеснер, директор по информационным системам адвокатской конторы Fenwick & West. Эта компания инвестировала средства в мультимегабитное соединение компании Yipes, молодого оператора Ethernet, создающего сети во всех крупных городах США.

Благодаря организации канала Gigabit Ethernet Кеснер может приобретать пропускную способность по требованию, блоками по 1 Мбит/с, наращивая ее в случае необходимости вплоть до 1 Гбит/с. Такой подход значительно эффективнее, чем традиционная иерархия линий T-1 и T-3, так как она часто вынуждает потребителей покупать большую емкость, чем им на самом деле требуется.

Простота и емкость — это далеко не все, что предлагает Ethernet. Очень большая пропускная способность открывает новые возможности в области сторонних услуг. Провайдеры приложений (Application Service Provider, ASP) могут предложить электронную почту или программное обеспечение для коллективной работы, по стоимости и производительности сравнимые с теми, которые потребители используют в своих внутренних системах. «Благодаря этому решению услуги ASP выглядят так, как будто они предлагаются по локальной сети», — замечает Фрэнк Роблес, вице-президент по корпоративным разработкам компании Yipes.

Операторы также благоволят к Ethernet, причиной чему не только его маркетинговый потенциал. По сравнению с большинством оптических решений он дешевле и эффективнее (см. таблицу). Самым главным его недостатком является невысокая пропускная способность. Магистраль OC-768 функционирует со скоростью около 40 Гбит/с, по сравнению с чем даже Gigabit Ethernet кажется несколько медлительным. Вот почему некоторые операторы буквально не могут дождаться появления 10GbE.

Официальный стандарт называется IEEE 802.3ae. Он появится не ранее начала 2002 г., хотя первый предварительный вариант был опубликован в сентябре 2000 г. Продукты на базе этого варианта должны появиться в конце 2000 г. в виде подключаемых модулей для существующих магистральных коммутаторов (крупных шасси уровня операторов с шинами производительностью в сотни гигабит в секунду).

Extreme Networks уже предлагает собственный модуль на 10 Мбит/с для своего BlackDiamond 6008, как и Nortel Networks для Versalar 25000. В Foundry Networks утверждают, что ее BigIron 8000 «совместим с 10GbE», имея в виду, что в перспективе для него будут выпущены модули 10GbE.

Учитывая, что полностью стандарт будет ратифицирован лишь через полтора года, администраторы сети могут с опаской относиться к приобретению подобных продуктов. По мнению представителей Alcatel, ведущего разработчика Ethernet MAC, эти страхи безосновательны. MAC — это алгоритм, который коммутаторы и сетевые платы используют для принятия решения о том, кто получит доступ к сети, и обычно он аппаратно реализован в ASIC. Alcatel утверждает, что ее реализации MAC применяются в более чем половине всех портов Gigabit Ethernet и в 80% портов Ethernet и Fast Ethernet.

«Производители обещают уже в этом году предоставить 10GbE, на самом деле этого не произойдет», — уверен Рей Хансон, помощник вице-президента по развитию бизнеса компании Alcatel. Он считает, что они лишь мультиплексируют несколько потоков данных Gigabit Ethernet, каждый из которых должен обрабатываться коммутатором отдельно. «Это отнюдь не то же самое, что 10GbE MAC. В конечном итоге все сводится к демонстрации того, какую пропускную способность вы можете получить в оптическом волокне, а не на магистрали Ethernet», — подчеркивает Хансон.

Истинный это 10GbE или нет, операторов данное обстоятельство не останавливает. Им необходимы коммутаторы Ethernet с самой большой пропускной способностью, и они обращаются к нестандартным решениям. «По сравнению с состоянием на сегодняшний день в ближайшие три года емкость должна вырасти в 1000 раз», — считает Жан Верне, управляющий директор шведского оператора Utfors. Эта компания использует оборудование Nortel для реализации услуг Ethernet в городах Скандинавии, предлагая каналы доступа на 1 Гбит/с и магистральную сеть на 10 Гбит/с.

Yipes пошла даже дальше. С помощью оборудования Extreme она предлагает потребителям пропускную способность до 8 Гбит/с за счет мультиплексирования восьми потоков данных Gigabit Ethernet. И, что еще важнее, она намерена по-прежнему использовать это решение даже с появлением 10GbE-совместимого оборудования. «Мы будем предлагать соединения с пропускной способностью до 80 Гбит/с», — утверждает Роблес.

И Yipes не одинока. Кинкед думает, что благодаря 10GbE мультигигабитные соединения станут нормой. «Корпоративный потребитель может подписаться на 20 Гбит/с, а затем на неделю расширить свое соединение до 30, 40 или 50 Гбит/с, если у него возникнет на то потребность», — говорит он.

Производители и операторы в равной степени убеждены в том, что на пути принятия стандарта препятствий не возникнет. По их мнению, в предварительные спецификации будет внесено довольно мало изменений, и большинство из них будет сделано почти сразу. «К середине 2001 г. стандарт будет практически завершен», — делится своими прогнозами Роблес. Он убежден, что оборудование различных производителей будет прекрасно работать вместе, несмотря на то что оно создавалось в отсутствии официального стандарта.

Использование различными производителями общих MAC также помогает обеспечению совместимости. «Если MAC использует несколько компаний, то они задействуют возможности инженеров десятков компаний», — считает Хансон. По этой причине мало кто из производителей реально разрабатывает свои собственные MAC. Большинство покупает их у Alcatel или одного из ее конкурентов, таких, как Invectra.

КОНФЛИКТЫ С ОПЕРАТОРАМИ

Хотя использование Ethernet на протяжении всего соединения кажется весьма перспективным, однако на этом пути имеется несколько подводных камней. Переориентация производителей на операторов может иметь определенные негативные моменты, потенциально затрагивающие всех, кто работает в локальных сетях Ethernet, а не только тех, кто покупает новые услуги глобальных сетей.

«Производители оборудования рассматривают провайдеров услуг как приоритетный для себя рынок», — поясняет Роблес. Он и его конкуренты вызывают большой интерес у широко известных компаний, работающих на рынке коммутаторов, привлекаемых традиционно высокими ценами на оборудование уровня операторов. Столь активное стремление ублажить провайдеров услуг опасно тем, что традиционные пользователи Ethernet останутся без внимания.

Первое поколение коммутаторов 10GbE будет предназначено для операторов, а не для администраторов сетей, а требования этих двух групп потребителей могут различаться. К примеру, тенденция к использованию коммутаторов, чьи функции предусматривают анализ высокоразвитых протоколов, превращается в свою противоположность: никто не хочет, чтобы провайдер услуг просматривал содержимое его пакетов. «Нам не нужны уровни с 4 по 7», — заявляет Роблес. Yipes и ее коллеги предпочли бы на несколько микросекунд сократить задержку или получить дополнительные резервные источники питания. Иначе говоря, пользователям придется плясать под дудку операторов.

Это вовсе не значит, что все без исключения производители ориентируются лишь на новых операторов. IEEE собирается определить два отдельных новых стандарта физического уровня для 10GbE: один для локальной сети и, в первый раз, еще один, специально предназначенный для глобальной сети.

Версия для локальной сети предлагает емкость ровно в 10 Гбит/с и на самом деле представляет собой лишь более быструю версию Gigabit Ethernet. «Между Gigabit и 10GbE различий будет даже меньше, чем между Fast и Gigabit Ethernet», — отмечает Хансен. Две самые важные особенности состоят в том, что 10GbE не поддерживает полудуплексную (однонаправленную) передачу, и каждый кадр должен иметь длину от 48 до 1518 байт. Gigabit Ethernet поддерживает более длинные и емкие кадры; в определенных ситуациях они могут оказаться эффективнее, но при возникновении коллизий их потеря приводит к необходимости повторной передачи больших объемов данных.

Версия для глобальной сети совсем иная. Строго говоря, это не совсем Ethernet, и она работает со скоростью, не равной 10 Гбит/с. Вместо этого кадры Ethernet передаются по каналу SONET со скоростью OC-192 (9,58 Гбит/с). Данный метод позволяет обеспечить совместимость с существующими сетями операторов, но при этом теряются многие преимущества Ethernet. Кроме того, при объединении гигабитных каналов их чило не может превышать девяти.

Не удивительно, что даже операторы, такие, как Yipes и Utfors, планируют использовать версию для локальной сети там, где это только возможно. Они утверждают, что она проще и быстрее. Однако сам по себе Ethernet налагает ограничения на расстояние, на котором он может применяться (см. Рисунок 1). Пока наибольшая дальность передачи для 10GbE составляет 40 км, что достаточно для городской или региональной сети. Однако протяженность сетей SONET/SDH может составлять несколько тысяч километров, т. е. в них по-прежнему сохранится надобность в межконтинентальных магистралях.

Физический уровень на базе SONET/SDH имеет и другие преимущества в том отношении, что эта технология привычна и понятна операторам. «В SONET/SDH вложено много средств», — объясняет Эндрю Крей, старший аналитик компании Aberdeen Group. Однако он уверен в том, что Ethernet ожидает яркое будущее в глобальной сети, если удастся решить вопросы, связанные с предоставлением и надежностью.

РАЗБИТОЕ СТЕКЛО

Что же касается локальных сетей, то администраторы сетей могут начать подготовку к использованию 10GbE прямо сейчас. Прежде всего, им следует забыть о медных соединениях. Новый Ethernet рассчитан исключительно на применение волоконной оптики на всех соединениях, за исключением лишь очень коротких расстояний. Однако, даже если у вас есть волоконная инфраструктура, весьма вероятно, что она неподходящего типа.

Большинство сетей Gigabit Ethernet создаются на базе многомодового волокна, называемого так потому, что в нем луч света может распространяться по нескольким различным маршрутам, или модам. 10GbE может использовать имеющееся волокно, но только на расстояниях до 100 м. Дистанции большего размера требуют применения более дорогих одномодовых кабелей, в которых свет может распространяться по меньшему числу путей (см. Рисунок 2).

Хотя наличие большего числа путей распространения света должно позволить, на непросвещенный взгляд, обеспечить большую пропускную способность, на самом деле это не так. Световая волна автоматически распространяется по всем возможным путям, а это может привести к интерференции, поскольку различные пути имеют различную длину. Увеличить пропускную способность можно за счет спектрального мультиплексирования (Wavelength Division Multiplexing, WDM), используя различные цвета, которые распространяются по одному и тому же пути.

ТРИУМФ ETHERNET

Вне зависимости от того, когда вы решите его реализовать, ясно одно: в конечном итоге 10GbE будет использоваться в вашей сети. Просто другой альтернативы не существует. Предыдущим итерациям данной технологии приходилось конкурировать с другими системами для локальной сети, но на этот раз никакого соперничества нет. Token Ring, 100VG-AnyLan, FDDI и даже частные реализации ATM потерпели поражение и оставили Ethernet вне конкуренции.

Поле битвы переместилось в глобальные сети, и потенциальные трофеи огромны. Если новые операторы преуспеют на выбранном ими пути развития, то корпоративные и общедоступные сети станут практически неотличимы. В этом десятилетии Ethernet может получить такое же повсеместное распространение, как IP в 1990-х гг.

Энди Дорнан — старший редактор Network Magazine. С ним можно связаться по адресу: adornan@cmp.com.


Оптические иллюзии

Сетевых администраторов можно извинить за незнание деталей внутренних сетей операторов. Хотя в конечном итоге Ethernet может победить, по крайней мере, в местных сетях, большинство междугородных каналов связи в Соединенных Штатах сейчас базируется на стандарте ANSI, получившем название SONET. В остальном мире используется почти идентичная система, разработанная ITU и получившая название Synchronous Digital Hierarchy (SDH).

Емкость SONET измеряется в модулях Optical Carrier (OC), каждый из которых состоит из 810 каналов DS0 (64 Кбит/с), так что их общая емкость составляет 51,84 Мбит/с. Самыми популярными вариантами являются OC-3 и OC-12, которые обеспечивают знакомые многим скорости передачи данных 155 и 622 Мбит/с. Однако 30 каналов каждого уровня OC требуются самому протоколу SONET, тем самым реальная пропускная способность снижается до 150 и 599 Мбит/с, соответственно.

Самым близким по скорости к 10 Мбит/с вариантом SONET является OC-192, общая емкость которого составляет 9953,28 Мбит/с, а реальная пропускная способность — 9584,64 Мбит/с. В первых дискуссиях о расширении стандарта Gigabit Ethernet некоторые члены IEEE хотели использовать его в качестве основы для нового стандарта. Другие же настаивали на том, чтобы поддерживаемая пропускная способность составляла точно 10 000 Мбит/с. В конце концов стороны нашли компромисс, и сейчас разрабатывается две версии стандарта.

SONET была изначально рассчитана на кольцевую топологию с автоматическим чрезвычайным переключением (Automatic Protection Switching, APS) с целью обеспечения полной избыточности каналов. Такой подход гарантирует надежность, но означает, что половина имеющейся емкости, по сути, тратится напрасно. Сейчас во многих сетях эта дополнительная пропускная способность используется, а не сохраняется в резерве.

Некоторые операторы реализуют ATM по каналам SONET, в результате чего накладные расходы увеличиваются на 5 байт для каждого пакета из 53 байт. ATM полезен там, где канал применяется для передачи трафика различных типов, как правило, IP и голоса по коммутируемым соединениям. Если вся информация передается внутри IP-пакетов, то уровень ATM не нужен.


Ресурсы Internet

Сервер 10 Gigabit Ethernet Alliance имеет адрес: http://www.10gea.org. Альянс занимается пропагандой этой технологии, но не принимает участия в процессе стандартизации.

IEEE издает журнал под названием Communications Surveys, большая часть материалов которого размещается в Internet по адресу: http://www.comsoc.org/pubs/surveys/. В журнале публикуются подробные технические предложения по всем видам сетей, в том числе Ethernet.

Каждый, кого интересует будущее Ethernet, может ознакомиться с документами рабочей группы IEEE по 10 Gigabit Ethernet по адресу: http://www.ieee.org. Там же имеются презентации с конференций IEEE и списки рассылки.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями