С подключением коммутаторов или настольных систем по Fast Ethernet сервер и магистраль становятся узким местом в сети. Gigabit Ethernet обещает выход из этой ситуации.
GIGABIT ETHERNET ПОДДЕРЖИВАЕТ РАЗНЫЕ СРЕДЫ ПЕРЕДАЧИ
Шкаф проводных соединений
Администраторы сетей наверняка согласятся, что доступная полоса пропускания, или ее очевидная нехватка, стала наиболее важным вопросом, с которым им приходится сталкиваться ежедневно. Еще несколько лет назад подавляющее большинство пользователей было более чем довольно своей небольшой частью разделяемого сегмента Ethernet на 10 Мбит/с. В конце концов, файлы редактора Word и электронная почта - это все, что они передавали по сети, так что большей полосы пропускания и не требовалось.
Теперь пользователи работают с более сложными приложениями типа конференций документов или даже видеоконференций. Кроме того, они загружают в браузеры из Internet и Intranet объемные файлы данных, аудио и даже видео. В результате коммутаторы и другие сетевые устройства, через которые все эти данные проходят, перестают справляться с нагрузкой.
Объявление IEEE в ноябре 1993 года о создании инженерной группы с целью разработки спецификации для повышения скорости передачи кадров в Ethernet с 10 Мбит/с до 100 Мбит/с обрадовало всех ее сторонников. В июне 1995 года стандарт 100Base-T был принят.
Однако за прошедшие несколько лет для многих компаний, попытавшихся использовать на полную мощность коммутаторы на 100 Мбит/с, ситуация с полосой пропускания стала еще более мрачной.
Вместе с тем мощные пользователи требовали и получали доступ либо к разделяемым, либо к выделенным сегментам Fast Ethernet. Когда темп передачи данных к настольным системам и концентраторам рабочих групп увеличился десятикратно, узким местом стала магистраль. Пять месяцев спустя после опубликования спецификации Fast Ethernet, IEEE предписал Группе изучения высокоскоростных технологий (Higher Speed Study Group) заняться рассмотрением следующего уровня Ethernet. В июле 1996 года инженерная группа IEEE 802.3z взялась за разработку стандарта для передачи кадров Ethernet с темпом 1000 Мбит/с. Этот шаг вызвал большую шумиху в отрасли.
Gigabit Ethernet стал новым любимчиком в отрасли, временно затмив ATM и другие технологии, также обещавшие решить проблемы нехватки полосы пропускания. Один взгляд на выставку NetWorld+Interop в Атланте подтверждает, что Gigabit Ethernet - это технология дня.
Продукты Gigabit Ethernet разрабатывают многие компании, а Cisco Systems даже решилась раскошелиться в сентябре 1996 года на 220 млн. долларов для приобретения Granite Systems, частной компании, занятой разработкой многоуровневой коммутации на основе специализированных интегральных микросхем. Несмотря на то что появление стандарта ожидается не ранее 1998 года, пользователям пора подумать о том, как перевести свои перегруженные ресурсы на гигабитную скорость и где Gigabit Ethernet стыкуется с ATM.
ЗАБЫТЫЙ РОДСТВЕННИК
По аналогии с тем, что 100Base-T Fast Ethernet (этот стандарт объединяет 100Base-TX, 100Base-FX, 100Base-T4) - близкий родственник 10Base-T, IEEE предполагает сделать Gigabit Ethernet частью все того же семейства Ethernet, но при этом кадры будут проскакивать через сеть с огромной скоростью в 1000 Мбит/с.
Fast Ethernet обрел поддержку со стороны отрасли еще до того, как стандарт был опубликован, и многие поставщики предлагали совместимые продукты еще до окончательного благословления спецификации со стороны IEEE. Однако, по мнению Тони Ли, председателя Gigabit Ethernet Alliance (GEA) и старшего менеджера по продуктам в группе сетевых продуктов и продуктов для Internet компании Sun Microsystems, Gigabit Ethernet пользуется даже еще большей поддержкой.
"Я ожидал достаточно широкую поддержку со стороны отрасли, но никак не мог предвидеть, что столько компаний войдет в альянс на такой ранней стадии", - говорит Ли. В настоящее время альянс насчитывает 80 членов, он создан для поддержки усилий IEEE по разработке стандарта и для информирования отрасли и заказчиков о новой технологии. "Fast Ethernet Alliance насчитывал около 80 членов после двух лет существования, а мы уже через пять месяцев имеем такое количество членов", - комментирует ситуацию Ли.
Кроме того, процесс принятия стандарта Fast Ethernet надолго увяз в полемике, спровоцированной противоборством двух соперничающих лагерей: тех, кто поддерживали 100Base-T, и тех, кто поддерживал 100VG-AnyLAN (последних было значительно меньше). Обе группы хотели, чтобы их предложение приняли в качестве официального стандарта для Ethernet на 100 Мбит/с, а это привело к некоторой напряженности в процессе стандартизации.
В случае же Gigabit Ethernet все 80 компаний нацелены на достижение одной цели, несмотря на неизбежные определенные расхождения относительно тех или иных аспектов спецификации.
Как считает Ли, основным следствием такой широкой поддержки будет разнообразие продуктов на рынке, а также появление их уже на ранней стадии принятия стандарта. "Раннее появление продуктов подстегнет принятие стандартов, т. к. благодаря этому мы сможем устранить существующие проблемы и заняться ключевыми для любой технологии вопросами взаимодействия".
Поддержка отраслью Gigabit Ethernet на раннем этапе способствует и представлению технологии в благоприятном свете перед заказчиками. Проведенный недавно опрос системных интеграторов и конечных пользователей сетевого оборудования группой Дель'Оро и GEA показал, что 80% конечных пользователей и около 90% интеграторов готовы выделить ресурсы для оценки продуктов Gigabit Ethernet в целях их приобретения или перепродажи.
Очевидно, Gigabit Ethernet имеет потенциал для решения старых проблем и предотвращения появления новых. Несмотря на то что до принятия стандарта еще довольно далеко, получение всей возможной информации об этой новой технологии поможет администраторам сетей и конечным пользователям подготовиться к тому, что уже виднеется на горизонте.
МЕЛОЧИ - ВОТ, ЧТО ВАЖНО
И Fast Ethernet, и Gigabit Ethernet позиционируются как логические расширения Ethernet на 10 Мбит/с, но обе эти технологии опираются также на стандартные высокоскоростные сетевые топологии. Так, физический уровень FDDI был заимствован и адаптирован для Fast Ethernet. Аналогично, Gigabit Ethernet собирается воспользоваться физическим уровнем Fiber Channel. Fiber Channel обеспечивает пропускную способность около 800 Мбит/с, но за счет повышения скорости передачи сигнала до 1,25 Гбит/с потенциальная пропускная способность Gigabit Ethernet составит 1000 Мбит/с, или 1 Гбит/с.
Исходная черновая спецификация определяет стандарт Gigabit Ethernet для одномодового и многомодового оптоволокна с использованием возможностей физического уровня технологии Fiber Channel. Это может оказаться несколько неожиданным для пользователей Ethernet, которые привыкли к тому, что они могут работать с различными типами медного кабеля.
Следует, однако, вспомнить, что спецификация 100Base-T определяет в качестве носителя не только медный кабель (100Base-TX и 100Base-T4), но и оптоволокно (100Base-FX). Окончательная спецификация Gigabit Ethernet должна включать стандарт и на медный кабель. Выбор среды передачи зависит от того, где организация собирается развертывать Gigabit Ethernet (о выборе кабеля и протяженности сегмента для Gigabit Ethernet см. во врезке "Шкаф проводных соединений").
Большинство других аспектов Gigabit Ethernet будут аналогичны принятой спецификации Ethernet 802.3, в том числе используемый в полудуплексных сетях Ethernet метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD). CSMA/CD определяет способ передачи кадров Ethernet. Если две или более станций пытаются отправить кадры одновременно, то кадры накладываются, и обе станции переносят передачу на более поздний срок.
Трудности с CSMA/CD в том, что увеличение скорости приводит к уменьшению протяженности сегмента. Это весьма проблематично, когда данные должны передаваться с гигабитной скоростью. "Один из способов решения данной проблемы состоит в использовании так называемого полнодуплексного повторителя CSMA/CD, благодаря которому протяженность сегмента может быть увеличена, - рассказывает Ли из GEA. - Этот полнодуплексный повторитель CSMA/CD сочетает в себе черты повторителя CSMA/CD и коммутатора Ethernet".
Полнодуплексный повторитель в сети Gigabit Ethernet передает кадр во многом аналогично традиционному повторителю CSMA/CD - с одного порта на все остальные, разделяя таким образом полосу пропускания в 1000 Мбит/с между всеми подсоединенными устройствами. Полнодуплексный повторитель должен иметь полнодуплексные каналы к каждой подключенной станции, причем на полнодуплексных каналах метод CSMA/CD применяться не будет - здесь для обеспечения доступа и контроля за перегрузкой в разделяемой полосе пропускания такой повторитель будет использовать механизм управления потоком кадров 802.3x.
Повторитель CSMA/CD может работать и с полно-, и с полудуплексными каналами, однако он рассматривает все каналы как полудуплексные. Полнодуплексные повторители и повторители CSMA/CD будут отличаться ценой и производительностью. Полнодуплексный повторитель обеспечит более высокую производительность, в то время как повторитель CSMA/CD будет дешевле. GEA предполагает, что в окончательный стандарт IEEE войдут обе схемы.
МАССОВАЯ МИГРАЦИЯ
Несмотря на то что Ethernet на 100 Мбит/с существует уже несколько лет, Gigabit Ethernet предоставляет другой путь миграции для компаний, нуждающихся в сверхвысоких скоростях уже сейчас или в ближайшем будущем, говорит Натан Уолкер, менеджер линии продуктов для Gigabit Ethernet в Cisco Systems и заместитель председателя GEA. Он указывает на то, что сегодня ATM обеспечивает скорости 155 и 622 Мбит/с. Таким образом, для заказчиков, предпочитающих оставаться с Ethernet, вместо того чтобы изучать что-то совершенно новое, Gigabit Ethernet должен оказаться весьма и весьма привлекательным.
Согласно данным International Data Corporation (IDC), сегодня более 80% сетевых соединений представляет собою соединения Ethernet, что означает свыше 120 млн. соединенных между собой ПК, рабочих станций и серверов. По прогнозам IDC, по крайней мере до 1998 года, Ethernet будет оставаться самой популярной технологией.
Среди сетевых топологий Ethernet приобрел наибольшую популярность. Объясняется это и надежностью сети, и низкой стоимостью, и масштабируемостью (что замечательно было продемонстрировано Fast Ethernet), и широким спектром инструментария управления и диагностики.
Однако с течением лет метод развертывания локальных сетей изменился кардинальным образом. "До недавнего времени сети были разделяемыми сетями с концентраторами; объединялись они при помощи мостов и многопротокольных маршрутизаторов, - объясняет Пол Вайс, вице-президент по маркетингу в компании Plaintree Systems, разрабатывающей продукты для Gigabit Ethernet. - С увеличением требований к полосе пропускания в 90-х, компании начали добавлять порты маршрутизаторов, но такое решение оказалось дорогостоящим. И как результат - возникновение рынка коммутаторов Ethernet".
"По мере деления локальных сетей на все более мелкие сегменты то, что изначально воспринималось как простое решение, оказалось большой проблемой в смысле управления, - продолжает Вайс. - Управление необходимо там, где следующий этап сегментации оказывается труднореализуемым из-за того, что, имея высокоемкий Fast Ethernet, такие устройства надо к чему-то подключить. И именно здесь Gigabit Ethernet мог бы пригодиться".
Переход к Gigabit Ethernet, как и к любой другой технологии, происходит в несколько этапов. Тот факт, что Gigabit Ethernet позволяет осуществлять полнодуплексную передачу данных, делает его идеальным кандидатом на роль сетевой магистрали, где высокоскоростная связь между коммутаторами 10/100Base-T в высшей степени необходима. При добавлении гигабитных модулей к краевым коммутаторам на 10/100 Мбит/с администраторы сетей смогут поддерживать больше разделяемых и коммутируемых сегментов Ethernet. Кроме того, такая сеть будет поддерживать большую пропускную способность и большее число узлов в одном сегменте. Основная масса специалистов отрасли считают, что первые продукты будут развертываться именно на этом уровне.
UB Networks объявила о том, что она собирается поставлять коммутирующий концентратор GeoLAN/500 Nonstop с портом для каскадирования Gigabit Ethernet с середины 1997 года.
Другие компании, известные своими коммутаторами Ethernet, тоже намереваются выпустить порты для каскадирования Gigabit Ethernet. Так, например, как сообщает Джим Нильсен, директор по маркетингу, Fore Systems планирует выйти на рынок с модулем Gigabit Ethernet для своего краевого коммутатора. "Мы думаем, что первым применением этой технологии станет организация высокоскоростного доступа к файловым серверам", - предполагает Нильсен.
В конце 1996 года компания NBase Commucations осмелилась даже выпустить на рынок продукт для Gigabit Ethernet до того, как IEEE опубликовал черновой вариант стандарта (как ожидается, он должен появиться в середине 1997 года). Этим продуктом стал модуль GigaPort для коммутатора MegaSwitch II Ethernet. NBase разработала модифицированную версию CSMA/CD, причем, как утверждает компания, данная версия позволяет улучшить использование пропускной способности и практически удвоить диаметр сегмента. Компания заявляет, что ее модуль даст возможность подключить самые разные порты на 10 и 100 Мбит/с к магистрали Gigabit Ethernet протяженностью до 20 км.
После перевода магистрали на гигабитную скорость вслед за ней должны последовать и другие части сети. Следующим этапом перехода к Gigabit Ethernet станет модернизация каналов между коммутаторами Fast Ethernet. Перевод каналов между коммутаторами на гигабитную скорость позволит коммутаторам на 10/100 Мбит/с поддерживать большее число коммутируемых и разделяемых сегментов Fast Ethernet.
Если гигабитные порты для каскадирования и гигабитные коммутаторы будут первыми, использующими эту технологию продуктами, то далее, вероятно, появятся и гигабитные сетевые платы для высокопроизводительных суперсерверов. Серверы затем могут быть подключены к уже установленным в сети гигабитным коммутаторам для обеспечения обмена данными с темпом 1000 Мбит/с.
НИЗКИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ЗАТРАТЫ
На первый взляд, подобный план перехода не сулит администратору сети ничего, кроме дополнительной головной боли, но на самом деле этот переход должен пройти совершенно безболезненно. "Едва ли в данном случае потребуется какое-либо планирование, - говорит Вайс из Plaintree, - все будет выглядет так же, как тогда, когда администраторы хотели расширить пропускную способность локальных сетей: фактически без перерывания работы сети они вставляли коммутаторы между концентраторами и маршрутизаторами, включали, и все работало. Одно это обстоятельство немало способствовало росту рынка коммутаторов Ethernet". По мнению Вайса, такой простой переход будет иметь место и в случае Gigabit Ethernet.
Сегментация сетей Ethernet помогает во многом снять проблему нехватки пропускной способности, но Вайс указывает на то, что при дальнейшей сегментации корпоративных сетей с помощью коммутаторов администраторам придется задуматься о создании виртуальных локальных сетей (ВЛС). При большом числе сетевых сегментов управлять виртуальной сетью довольно сложно, но Plaintree надеется, что семейство коммутаторов WaveSwitch обеспечит простые средства управления.
Поставки WaveSwitch должны начаться в первом квартале 1997 года. Коммутатор имеет функцию SmartVIPs или Virtual IP Subnets для автоматической настройки виртуальных сетей в сетях IP. "Мы сделали это в предвидении того, что Ethernet станет практически единственным средством соединения настольных систем, а IP будет доминирующим протоколом третьего уровня, - рассказывает Вайс. - В среде IP администраторы могут сегментировать пользователей в соответствии с предопределенными правилами. Для этого они должны определить желательную структуру подсети IP и запрограммировать индивидуальные IP-адреса, отражающие структуру подсети, на рабочих станциях пользователя".
Таким образом, администраторы могут создать широковещательные домены с сетью IP в качестве границы. Как результат, пользователи не будут видеть широковещательный трафик других пользователей.
Gigabit Ethernet должен произвести впечатление и на тех, кто ориентируется на установленный 10Base-T и 100Base-T низкий уровень цен. Несмотря на то что продукты Gigabit Ethernet еще только ожидаются, оценки IEEE показывают, что соединение Gigabit Ethernet будет стоит всего лишь в два-три раза дороже, чем 100Base-FX (разновидность 100Base-T для оптоволокна).
По всем расчетам коммутируемый Gigabit Ethernet будет дешевле ATM на 622 Мбит/с для той же среды передачи. Так, Dell'Oro Group сделала несколько прогнозов стоимости в расчете на порт для нескольких технологий. В 1998 году Fast Ethernet, FDDI и ATM упадут в цене, но в разной мере. Коммутируемый Ethernet будет стоить 500 долларов в расчете на порт, коммутируемый FDDI около 3200 долларов в расчете на порт, а ATM на 622 Мбит/с для многомодового оптоволокна около 4200 долларов в расчете на порт. По прогнозам Dell'Oro Group, цена коммутируемого Gigabit Ethernet для многомодового оптоволокна составит примерно 1850-2800 долларов, а это, согласитесь, весьма заманчиво.
Относительно низкие затраты на технологию определяются не только стоимостью продуктов для Gigabit Ethernet. Благодаря широкой известности Ethernet затраты на обучение, в сравнении с другими технологиями, также будут меньше.
МИРНОЕ СОСУЩЕСТВОВАНИЕ
Gigabit Ethernet противопоставляется иногда ATM, как высокоскоростная технология для магистрали, однако это далеко не тот род конкуренции, которому мы время от времени становимся свидетелями.
Совершенно верно, что, несмотря на отсутствие стандартов и массовых поставок продуктов, Gigabit Ethernet привлекает больше внимания, чем ATM на начальном этапе развития этой технологии. Но логическая природа Gigabit Ethernet такова, что он привлек даже наиболее известных поставщиков продуктов ATM. Так, например, Fore Systems, имеющая множество заказов на свои коммутаторы ATM, и IBM, другой евангелист ATM, вступили недавно в GEA.
"Gigabit Ethernet напоминает мне ATM четырехлетней давности: вы заходите на выставку, и сразу же в глаза бросаются плакаты с заявлениями, что Gigabit Ethernet уже здесь. Однако он станет реальностью для заказчиков только через некоторое время, - полагает Нильсен из Fore Systems. - Мы вступили в альянс потому, что эта технология является логическим продолжением своих предшественников; она привлекает простотой - отличительной чертой всего того, что связано с Ethernet".
Fore Systems поддерживает Gigabit Ethernet и со временем собирается выпустить продукты для него. Но компания, как и многие в отрасли, считает, что и ATM, и Gigabit Ethernet найдут свое место в корпоративной сети. "Gigabit Ethernet появился в любопытный момент, - отмечает Нильсен. - Он предлагает широкую полосу пропускания, но не обеспечивает услуг, а это ограничивает сферу его применения".
Нильсен ссылается на качество услуг ATM, гарантирующее получение потоками данных, голоса и видео требуемой полосы пропускания и приоритета в зависимости от их важности и влияния задержки на передачу ячеек. Фиксированный размер ячейки ATM в 48 байт полезной нагрузки и 5 байт заголовка означает, что задержки в сети предсказуемы, а это делает ATM наилучшим вариантом для передачи информации в реальном времени.
"Gigabit Ethernet не предоставляет услуг по передаче видео по сети, но там, где качество услуг не нужно (например соединение с файловым сервером), Gigabit Ethernet будет удачным решением", - считает Нильсен. Он добавляет, что ввиду огромного успеха ATM на магистрали и в глобальных сетях, скорее всего, Gigabit Ethernet найдет применение в краевых коммутаторах, в том числе на соединениях высокоскоростных файловых серверов с рабочими группами Ethernet.
По мнению Вайса из Plaintree, такие технологии коммутации кадров, как Ethernet, имеют свое качество услуг, скажем протокол резервирования ресурсов (Resource Reservation Protocol, RSVP) и протокол реального времени (Real-Time Protocol, RTP). RSVP дает возможность администратору назначать уровень приоритета тому или иному типу трафика, а также резервировать полосу пропускания для специфичных приложений IP. RTP гарантирует своевременную доставку аудио и видео без дрожания звука и изображения посредством включения служебной информации в IP-пакет. Сочетание Gigabit Ethernet с этими протоколами может дать весьма хорошие результаты в том, что касается видео и других мультимедийных приложений.
Однако "весьма хорошие результаты" бывают недостаточно хороши, и тогда ATM - единственное решение. "Качество услуг в сетях коммутации кадров реализовано не столь изящно, как в ATM, но оно вполне адекватно для множества приложений в обозримом будущем", - уверяет Вайс.
"Gigabit Ethernet оптимизирован для передачи данных, т. к. он представляет собой расширение Ethernet, - говорит Ли из GEA. - Ethernet и его высокоскоростные наследники уже приспособлены в той или иной мере к передаче видео, а коммутация и такие протоколы, как RSVP, должны сделать Ethernet еще более пригодным для этой цели". Однако, добавляет он, Gigabit Ethernet - отнюдь не лучший выбор для объединения множества голосовых каналов или создания единой магистрали с интеграцией услуг для передачи голоса, видео и данных по одному каналу.
СКОРО ТОЛЬКО СКАЗКА СКАЗЫВАЕТСЯ
Ли ожидает, что рабочая группа IEEE 802.3z опубликует предварительный вариант стандарта в январе 1997 года и будет принимать добавления и исправления в течение последующих шести месяцев. В этот период некоторые поставщики наверняка начнут выпускать первые варианты продуктов, а значит, есть надежда, что в первой половине наступившего года мы увидим на рынке несколько гигабитных коммутаторов и несколько гигабитных модулей для каскадирования.
Окончательный вариант стандарта должен появиться в начале 1998 года. Однако ко времени опубликования спецификации совместимые продукты будут уже доступны; более того, многие компании начали уже составлять планы перехода к Gigabit Ethernet.
С момента появления ATM никакая технология не получала такого внимания до опубликования предварительной спецификации. Но когда речь идет о такой испытанной технологии, как Ethernet с ее надежностью, масштабируемостью и низкой стоимостью, конечные пользователи и администраторы вряд ли будут разочарованы.
Анита Карве - помощник редактора LAN Magazine. С ней можно связаться по адресу: akarve@mfi.com.
GIGABIT ETHERNET ПОДДЕРЖИВАЕТ РАЗНЫЕ СРЕДЫ ПЕРЕДАЧИ
Шкаф проводных соединений
Согласно первоначальным планам, физической средой для Gigabit Ethernet должно стать оптоволокно, ставшее основным видом кабеля для прокладки магистрали и соединения коммутаторов. Оптоволокно используется и для связи шкафов проводных соединений с сетевыми центрами, и для связи различных зданий. "Во всяком случае, EIA/TIA рекомендует применение оптоволокна на этом уровне, в то время как кабель из неэкранированной витой пары предлагается применять на последних метрах пути от шкафа проводных соединений до настольной системы", - заметил Эрвин Джонсон, директор по продуктам для коммутации локальных сетей в UB Networks, член Gigabit Ethernet Alliance (GEA).
Ввиду предпочтительности различных сред для различных типов сетей группа IEEE 802.3z, работающая над спецификацией Gigabit Ethernet, собирается выработать стандарты для различных типов сред.
"Поддержка одномодового и многомодового оптоволокна будет обеспечена в первую очередь, потому что она необходима тем пользователям, кому нужны соединения между коммутаторами и между коммутаторами и высокопроизводительными серверами", - говорит Тони Ли, председатель GEA и старший менеджер по продуктам в группе продуктов для Internet и сетевых продуктов компании Sun Microsystems.
Рабочая группа IEEE планирует, что Gigabit Ethernet для многомодового оптоволокна сможет поддерживать сегмент протяженностью до 500 м. Для одномодового оптоволокна это расстояние составит 2000 м. Наиболее вероятно, что Gigabit Ethernet будет иметь две спецификации медного провода.
Одна из задач - спецификация для коаксила или twinax с протяженностью сегмента до 25 м для обеспечения соединения коммутаторов и серверов в одном и том же шкафу проводных соединений. Другая задача состоит в стандартизации для кабеля из неэкранированной витой пары Категории 5 с протяженностью сегмента в 100 м для организации соединений с настольными системами. При таком разнообразии сред Gigabit Ethernet найдет себе место на всех уровнях - от настольной системы до магистрали между зданиями.