Gigabit Ethernet в новом обличье

Появление версии для медного кабеля и способов повышения пропускной способности улучшает перспективы Gigabit Ethernet на широкое распространение.

Уже больше года прошло с тех пор, как IEEE официально принял спецификацию на Gigabit Ethernet, и еще больше времени с тех пор, как производители начали предлагать совместимые коммутаторы и сетевые платы для серверов. Изначально Gigabit Ethernet позиционировался как способ модернизации магистральных соединений Fast Ethernet, в том числе между коммутаторами и между коммутаторами и парками серверов.

Это имеет смысл при использовании коммутируемых сетей Ethernet и Fast Ethernet или когда заторы трафика образуются на уровне выше концентраторов. Скорость в 1 Гбит/с наиболее быстрой из спецификаций Ethernet позволяет создать широкий канал, где хватит места всему трафику локальной сети. Но хотя Gigabit Ethernet поддерживается многими продуктами, а сама технология не вызывает трудностей для понимания, не все так спокойно на высокоскоростном фронте.

В соответствии с определением IEEE, трафик Gigabit Ethernet передается, главным образом, по одномодовой (1000BaseLX) или многомодовой (1000BaseSX) оптической проводке. В случае одномодового волокна предельная дальность равна 5 км — что идеально для организации магистрали между зданиями. В случае многомодового волокна ограничение на расстояние составляет 500 м — этого достаточно для магистралей внутри здания и соединений с серверами. Как вы, вероятно, обратили внимание, ключевым здесь является слово «оптическая». Для эффективной реализации Gigabit Ethernet волоконно-оптическая проводка жизненно необходима.

Отдельный раздел в спецификации IEEE 802.3z определяет Gigabit Ethernet по коаксиальному кабелю (1000BaseSX). Эта его разновидность предназначена для организации коротких каналов протяженностью не более 25 м, например для соединений в монтажном шкафу.

В результате Gigabit Ethernet оказывается, по сути, недоступным для потенциальных пользователей, у которых нет оптической магистрали и которые не могут позволить себе ее приобрести в ближайшем будущем.

Те, кто использует Gigabit Ethernet сегодня или планирует внедрить его в ближайшем будущем, весьма обеспокоены его ограниченной масштабируемостью. Сейчас, может быть, величина 1 Гбит/с представляется гигантской пропускной способностью, но с увеличением числа пользователей 100BaseT и приложений с высокими требованиями к пропускной способности даже этот широкий канал быстро окажется насыщенным. Все это может звучать достаточно мрачно для тех администраторов, кто уже успел раскошелиться на дорогостоящие коммутаторы и сетевые платы Gigabit Ethernet. Однако несколько последних разработок в рамках 802.3z открывает ряд новых возможностей как внутри, так и вне предприятия и меняет наш взгляд на технологию.

СУЕТА ВОКРУГ МЕДИ

Возможно, наиболее нетерпеливо ожидаемой спецификацией с тех пор, как был принят 802.3z, является стандарт на Gigabit Ethernet по медной проводке Категории 5. Существующая спецификация для медного коаксиального кабеля не пользуется спросом, тем более что она позволяет передавать трафик Gigabit Ethernet только на очень короткие расстояния.

Таким образом, ратификация 802.3аb, где определяется стандарт на Gigabit Ethernet по медному кабелю на расстояниях до 100 м (также известный как 1000-BaseT), является важным шагом на пути к широкому принятию Gigabit Ethernet, так как она должна позволить реализовать IEEE-совместимую технологию на 1 Гбит/с без замены имеющейся проводки Категории 5.

Кабельные системы Категории 5 достаточно широко распространены, особенно среди средних и крупных компаний, а в наши дни даже небольшие фирмы могут арендовать помещение в здании, где уже имеется все для создания сети Ethernet. Спецификация 802.3ab разрабатывается таким образом, чтобы имеющаяся проводка Категории 5 могла без проблем поддерживать Gigabit Ethernet, если она надлежащим образом протестирована и сертифицирована. Однако ввиду того, что Gigabit Ethernet по меди будет задействовать все четыре витые пары в кабеле, тогда как 10BaseT и 100BaseT используют только две из четырех, — производители кабельных систем предприняли усилия по разработке стандарта на Усовершенствованную Категорию 5 с лучшими характеристиками. (О новых стандартах на медную проводку вы можете прочитать в статье «Что за Категорией 5?» в предыдущем номере LAN.)

Максимум в 100 м в соответствии с определением 802.3ab может выглядеть не очень впечатляюще, особенно по сравнению с пределом для оптического кабеля, но это то же самое ограничение на расстояние, что и для Fast Ethernet по проводке Категории 5.

Как предполагается, Gigabit Ethernet по меди будет использоваться главным образом на каналах между концентраторами и настольными системами, т.е. точно так же, как Fast Ethernet. Возможно, это и будет так через два-три года, но сейчас такое применение не имеет смысла. Большинство конечных пользователей по-прежнему использует разделяемый Ethernet 10BaseT, только некоторые — коммутируемый 10BaseT, и совсем немногие — разделяемый или коммутируемый 100BaseT.

Скорее Gigabit Ethernet по меди найдет свое место на соединениях с серверами и магистралях внутри здания, т. е. областях, где доминирует проводка Категории 5. Вместо прокладки дорогостоящей оптической проводки для создания магистрали Gigabit Ethernet компании получают возможность воспользоваться для этой цели существующей инфраструктурой.

Несмотря на то что стандарт 802.3ab был принят совсем недавно (IEEE и Альянс Gigabit Ethernet обявили об его ратификации 28 июня этого года), несколько производителей устройств для Gigabit Ethernet либо уже продемонстрировали свои реализации технологии 1000BaseT, либо назвали конкретные сроки выпуска продуктов. На выставке Networld+Interop в Лас-Вегасе в этом году Hewlett-Packard продемонстрировала передачу потокового видео со скоростью 1 Гбит/с по проводке из витых пар. Видеопоток проходил через коммутаторы ProCurve. HP пока не поставляет оборудование 1000BaseT, но компания заявила о своих намерениях разработать необходимый интерфейс для коммутаторов ProCurve 4000M, 8000M и 2424М.

Для своей демонстрации HP использовала микросхему трансивера Gigabit Ethernet производства Broadcom (http://www.broadcom.com). Эта компания разрабатывает различные интегральные микросхемы, в том числе для кабельных модемов, DSL и высокоскоростных сетевых технологий.

Микросхема трансивера BCM5400 предназначается для новых коммутаторов и сетевых плат и обеспечивает передачу со скоростью 1 Гбит/с по проводке Категории 5. Она объединяет 802.3ab-совместимый трансивер физического уровня с 802.3u-совместимым трансивером Fast Ethernet физического уровня. Благодаря такой интеграции производители могут создавать оборудование, поддерживающее 10/100/1000BaseT одновременно. Другой разработчик комплектующих, SEEQ Technology (http://www.seeq.com), также планирует поставлять производителям сетевого оборудования микросхемы для технологии 1000BaseT. В мае компания представила контроллер SEEQ 8103 Gigabit MAC с независимым от среды передачи гигабитным интерфейсом (Gigabit Media Independent Interface, GMII), оптимизированным для 1000BaseT.

Принятие IEEE 802.3ab сдерживали споры по поводу того, что делать с физическим уровнем. Определить физический интерфейс для спецификации на медный кабель оказалось не так-то просто.

Образцы трансиверов и контроллеров, которые поставщики могут интегрировать в свои коммутаторы и адаптеры для серверов, предлагают несколько производителей комплектующих, но, однако, эти компоненты доступны пока в единичных экземплярах. Между тем ряд поставщиков заявил, что они собираются выпустить полноценные продукты для 1000BaseT до конца этого года.

Alteon WebSystems (http://www.alteon.com) планирует представить адаптер 1000BaseT ACEnic в третьем квартале 1999 года. Компания, также участвовавшая в демонстрации Gigabit Ethernet по меди на Networld+Interop, заявляет, что адаптер будет поддерживать 10/100/1000BaseT и теги 802.1Q. Он будет также иметь драйверы для Windows NT 4.0, Windows 2000, NetWare, Linux, Solaris и FreeBSD.

SysKonnect (http://www.syskonnect.com) также планирует выпустить адаптеры в ближайшие несколько месяцев. Ее линия сетевых плат для серверов SK-NET будет включать модель на базе спецификации 802.3ab. Платы будут поддерживать 64-разрядные операции с частотой 66 МГц и иметь разновидности с одним и двумя интерфейсами.

Существующие адаптеры Gigabit Ethernet для серверов стоят недешево. За плату с оптическим интерфейсом вам придется отдать порядка 800 долларов. Однако, как ожидается, платы для медного кабеля будут стоить менее 700 долларов, а к середине 2000 года цена должна упасть до 400 долларов.

Как упоминалось ранее, HP собирается оснастить интерфейсами 1000BaseT несколько своих коммутаторов ProCurve. Foundry Networks (http://www.foundrynet.com) намеревается сделать то же со своими продуктами. Foundry будет предлагать восьмипортовые модули Gigabit Ethernet для своих коммутирующих маршрутизаторов BigIron 4000 и 8000. Компания будет также поставлять одно- и двухпортовые модули каскадирования для своих стековых продуктов.

Интерес к 1000BaseT проявляет и 3Com. Еще в мае компания объявила, что она ведет работы над обеспечением совместимости всех своих продуктов для Gigabit Ethernet по меди. Не вдаваясь в подробности, она сообщила, что имеющиеся продукты Gigabit Ethernet с оптическими интерфейсами будут адаптированы для новой спецификации 1000BaseT.

Intel также заявляет, что компанией ведутся активные работы над 802.3ab-совместимым оборудованием. В ноябре 1998 года компания объявила о сотрудничестве с производителем кремниевых компонентов Level One Communications (http://www.level1.com) в области разработки и маркетинга продуктов Gigabit Ethernet для меди. С тех пор Intel успела приобрести Level One за 2,2 млрд долларов.

После ратификации 802.3ab осенью этого года мы, вероятно, станем свидетелями новой волны объявлений о выпуске 1000BaseT-совместимых коммутаторов и адаптеров для серверов.

СОВМЕСТНЫЕ УСИЛИЯ

Возможность использования медной инфраструктуры должна, без сомнения, открыть множество дверей для Gigabit Ethernet. Он будет использоваться как теми, кто имеет оптическую магистраль, но хочет пустить Gigabit Ethernet до рабочих станций, так и теми, у кого нет волоконно-оптической инфраструктуры вообще.

Однако заказчиков уже не удовлетворяют скорости в 1 Гбит/с. С увеличением объема данных, передаваемых по территориальным магистралям и внутри здания, в частности мультимедийного трафика реального времени, некоторые компании сталкиваются с тем, что их соединения оказываются недостаточны для возросшей нагрузки. Кроме того, если Gigabit Ethernet достигнет наконец настольных систем, то это приведет к заторам трафика в каналах между коммутаторами и между коммутаторами и серверами.

Принятая спецификация IEEE предусматривает только функционирование Gigabit Ethernet со скоростью 1 Гбит/с, но организации по стандартизации и несколько поставщиков предлагают несколько способов обойти существующее ограничение на предельную скорость.

IEEE создала рабочую группу 802.3ad по объединению (или агрегированию) каналов (Link Aggregation Task Force, LATF). Ее цель состоит в определении того, как можно одновременно использовать имеющиеся каналы Gigabit Ethernet между двумя коммутаторами или между коммутатором и сервером как один канал. Это позволило бы многократно увеличить пропускную способность между устройствами.

Объединение каналов уже используется для организации соединений Fast Ethernet между коммутаторами и между коммутаторами и серверами. Решения некоторых производителей позволяют увеличить общую пропускную способность Fast Ethernet от 200 до 800 Мбит/с. (О том, как осуществляется объединение каналов в среде Ethernet, можно прочитать во врезке «Ethernet объединяется!».)

Помимо увеличения общей пропускной способности соединения, объединение также позволяет обеспечить избыточность. Если какой-либо канал выйдет из строя, то передаваемый по нему трафик будет перенаправляться по оставшимся каналам. Эта дополнительная функция отказоустойчивости должна сделать объединение каналов привлекательной опцией для тех, кто хочет увеличить общую пропускную способность магистрали.

Программное обеспечение Sun Trunking 1.0 компании Sun Microsystems объединяет до четырех полнодуплексных портов на адаптере Sun Quad Fast Ethernet. В августе компания представила Sun Trunking 1.2 — он реализует те же функции объединения, но уже для Gigabit Ethernet.

Рисунок 1. Объединяя несколько каналов Gigabit Ethernet в один, компании могут значительно увеличить пропускную способность соединений между коммутаторами и между коммутатором и сервером.

Новый продукт предназначен для серверов, оснащенных адаптером Sun Gigabit Ethernet. Такой сервер может быть соединен с коммутатором Gigabit Ethernet практически любого производителя, поддерживающим функцию объединения (см. Рисунок 1). Sun Trunking 1.2 будет обеспечивать соединение на 2 Гбит/с между сервером и коммутатором.

3Com предлагает собственную технологию объединения каналов под названием MultiPoint Link Aggregation (MPLA) с поддержкой коммутаторов Gigabit Ethernet. Функциональность MPLA имеет 24-портовый коммутатор Gigabit Ethernet CoreBuilder 9400.

В соответствии с решением 3Com, объединение каналов будут поддерживать центральные коммутаторы территориальной сети, а также пограничные коммутаторы для центров обработки данных или серверных комнат. Каждый коммутатор центра обработки данных должен быть связан со всеми центральными коммутаторами территориальной сети; благодаря MPLA каналы 1 и 2 будут выглядеть как один канал и обеспечивать двойную пропускную способность между центром и территориальным межсоединением. Каналы 3 и 4 будут также восприниматься как один канал с удвоенной пропускной способностью (см. Рисунок 2).

Рисунок 2. Многопротокольная технология объединения каналов компании 3Com рассматривает несколько физических каналов как одно логическое соединение. В этом примере, если канал 1 или 2 выйдет из строя, то оставшийся канал возьмет на себя обслуживание его трафика. То же самое произойдет в случае отказа канала 3 или 4.

В случае отказа канала 1 канал 2 будет служить в качестве запасного и возьмет на себя обслуживание оставшегося трафика. То же справедливо в случае отказа канала 3 или 4. Если один из центральных коммутаторов выйдет из строя, то данные можно будет передавать с пограничного коммутатора на оставшийся центральный коммутатор. Комбинированное решение 3Com по увеличению емкости и обеспечению отказоустойчивости делает объединение каналов весьма привлекательным методом для обработки все больших и больших объемов критически важных данных.

Спецификация 802.3ad в ее сегодняшнем состоянии описывает только объединение каналов в случае прямых соединений. 3Com со своим MPLA идет еще дальше, поддерживая соединения типа «точка—группа». Агрегированные каналы «точка—группа» создаются при помощи протокола управления объединенным каналом (Trunk Control Message Protocol), входящим в MPLA. Кроме того, протокол позволяет найти и исправить ошибки в конфигурации физических устройств.

НАБИРАЯ ХОД

С помощью объединения каналов компании могут извлечь максимум возможного из имеющихся соединений Gigabit Ethernet. Однако, кроме того, работы ведутся над спецификацией еще более быстрой версии Gigabit Ethernet. Так, IEEE сформировал рабочую группу по подготовке стандарта на технологию со скоростями до 10 Гбит/с с использованием традиционных кадров Ethernet.

Работа над многогигабитной спецификацией находится пока на самой ранней стадии; реальные ее результаты появятся не раньше, чем через два года. Принятие в скором времени стандарта Gigabit Ethernet для медного кабеля Категории 5 приведет, вполне вероятно, к появлению соединений с настольными системами на 1 Гбит/с уже в 2000 году. Когда это случится, то, в соответствии с эффектом домино, магистральные каналы опять окажутся перегружены. Так что, как бы невероятно сегодня ни звучало «10 Гбит/с на магистрали», в ближайшие несколько лет это словосочетание станет вполне привычным.

Одну из основных трудностей для многогигабитного Ethernet представляет технология физического уровня. Если Fast Ethernet заимствовал ее у FDDI, а Gigabit Ethernet — у Fibre Channel, то мультигигабитному Ethernet в этом отношении опереться не на что. Наиболее вероятный претендент — OC-192 SONET на 10 Гбит/с. Однако работа только начинается, и в 2000 году мы будем иметь более ясную картину.

Тем временем производители демонстрируют продукты Ethernet со скоростями свыше 1 Гбит/с. Один из них — мультиплексор Ethernet на 10 Гбит/с — был показан Bell Labs (http://www.bell-labs.com) на выставке Networld+Interop. Прототип мультиплексора GigaChannel Ethernet может доставлять обычные кадры Ethernet, т. е. без какого-либо преобразования протоколов, по многомодовому оптическому кабелю; GigaChannel мультиплексирует до восьми потоков Gigabit Ethernet в один канал.

Помимо сохранения стандартных кадров Ethernet технология Bell Labs поддерживает качество обслуживания, теги виртуальных локальных сетей и другие сервисы Ethernet. В демонстрации использовались резонансный плоскостной лазер с волной 850 нм и экспериментальный многомодовый кабель производства Lucent.

ПРЕОДОЛЕВАЯ РАССТОЯНИЯ

Вы, наверно, слышали не только о высокоскоростной версии Gigabit Ethernet, но и о попытках адаптировать Gigabit Ethernet для городских и даже глобальных сетей — областей, где традиционно сильны позиции ATM.

В соответствии с имеющейся спецификацией Gigabit Ethernet технология может быть реализована на расстояниях до 550 м по многомодовому и до 5 км по одномодовому волокну. Некоторые даже заявляют, что в действительности этот предел составляет 10 км и его можно даже увеличить до 50 км при надлежащих характеристиках линии.

Один из потенциальных недостатков продления Gigabit Ethernet на такие большие расстояния в том, что, вообще говоря, Ethernet не предназначен для поддержки трафика реального времени, такого, как речь и видео. Для таких пакетов должны быть приняты весьма серьезные меры по обеспечению качества обслуживания, чтобы они пребывали вовремя и без задержки.

Что касается положительных сторон, технология Gigabit Ethernet не представляет загадки для пользователей, так как она является расширением 10BaseT Ethernet, а та появилась более 15 лет назад. Кроме того, решения на базе Gigabit Ethernet обходятся заметно дешевле, чем для ATM.

Конечно, ни один из этих факторов не является решающим для тех компаний, кто желал бы продлить канал Gigabit Ethernet за пределы одного-двух зданий. Однако они указывают на то, что нас может ждать.

В разрабатываемый стандарт Ethernet на 10 Гбит/с IEEE может также включить спецификации для поддержки высокоскоростных каналов городских и глобальных сетей. Это позволило бы компаниям иметь выбор между полной заменой ATM на Gigabit Ethernet и применением каждой из технологий по ситуации. Кроме того, компании могли бы сохранить Ethernet на 1 Гбит/с на магистрали и использовать его версию на 10 Гбит/с для глобальной сети или, если у них ощущается острая нехватка пропускной способности, перейти сразу к магистрали на 10 Гбит/с.

Как бы то ни было, Gigabit Ethernet может стать одной из наиболее быстрых и широко распространенных технологий в корпоративной среде и за ее пределами. Скоро компании смогут передавать данные со скоростью 1 Гбит/с по медному кабелю, объединять несколько каналов в один многогигабитный и даже увеличить доступную сегодня скорость еще на порядок. Хотя многие детали еще не ясны, ничто не мешает тому, чтобы Gigabit Ethernet эволюционировал и дальше.

Рассматриваемые продукты

Ethernet объединяется!

Рабочая группа IEEE 802.3ad по объединению каналов предложила соответствующую спецификацию. Хотя стандарт еще не принят, ряд производителей уже придерживается его положений, а некоторые даже предпринимают собственные усилия по его расширению.

При объединении два или более физических канала функционируют как единый канал. Это могут быть соединения между устройствами второго и третьего уровней и даже с серверами и конечными станциями. Такие агрегированные каналы рассматриваются как один порт (так называемый объединенный порт) высокоуровневыми протоколами и функциями, включая Spanning Tree, SNMP, Virtual LAN и маршрутизаторы.

Объединенный порт состоит из нескольких физических каналов, каждый из которых имеет свой MAC-адрес. Это может привести к путанице, так как объединенный порт не будет знать, какой MAC-адрес использовать при отправке данных. Данная проблема решается с помощью алгоритма выбора MAC-адреса из набора MAC-адресов составляющих порт физических каналов. Кроме того, этот алгоритм призван обеспечить прибытие передаваемых по объединенному каналу кадров Ethernet в надлежащем порядке. Для этого он создает сеанс, т. е. группу кадров Ethernet с одинаковыми адресами отправителя и получателя. За счет группировки кадров таким образом трафик прибывает в правильном порядке.

Ресурсы Internet

Ряд статей о Gigabit Ethernet по медному кабелю опубликовано на http://www.level1.com/press/index.htm.

Альянс Gigabit Ethernet имеет всю последнюю информацию о спецификации Gigabit Ethernet по медному кабелю и других группах. С ним можно связаться по http://www.gigabit-ethernet.org. Технические статьи помещены на http//www.gigabit-ethernet.org/technology/whitepapers/.

Введение в технологию объединения каналов можно найти на http://grouper.ieee.org/groups/802/3/trunk_study/tutorial/index.html.

Статьи по объединению каналов и технологии Multiprotocol Link Aggregation компании 3Com расположены по адресу: http://www.3com.com/technology/gigabit.html.