Кабельная альтернатива

Это стало возможным благодаря появлению новых интерфейсов, которыми в последнее время снабдили свои изделия поставщики коммутаторов.

Как известно, рабочая группа 802.3ab института IEEE ратифицировала стандарт 1000Base-T на кабельный интерфейс для гигабитных сетей Ethernet в июне прошлого года. Практически сразу же после этого производители сетевого оборудования стали оснащать коммутаторы Gigabit Ethernet долгожданными физическими интерфейсами для медных кабельных линий. Такое решение не может не радовать: кабельная проводка категории 5 распространена достаточно широко, так что переход на гигабитные скорости передачи данных во многих случаях произойдет без внушительных капиталовложений в кабельное хозяйство.

Впрочем, упомянутое решение IEEE имеет и негативные стороны. Во-первых, кабели категории 5, которые используются в сегодняшних локальных сетях и неплохо справляются с транспортировкой трафика Ethernet и Fast Ethernet, могут спасовать при попытке увеличить пропускную способность сети еще на порядок. Может оказаться, что кабели в монтажных комнатах и на кросс-панелях не соответствуют новому стандарту, или качество их прокладки оставляет желать лучшего, или, наконец, возникнут какие-либо иные проблемы, не проявлявшиеся, пока скорости передачи данных (теоретические) в лучшем случае ограничивались значением 100 Мбит/с.

Но даже при полном соответствии проложенных кабелей новому стандарту возникает вторая проблема: в сети Gigabit Ethernet длина кабельных линий не должна превышать 100 м.

Впрочем, сети, в которых протяженность непрерывных кабельных соединений находится в указанном диапазоне, сегодня не редкость. Именно такие соединения используются обычно для связи коммутаторов, установленных на одном этаже, и активного оборудования, расположенного на разных этажах (вертикальные магистрали), для объединения нескольких коммутаторов рабочих групп через монтажные комнаты или центры обработки данных, для соединения друг с другом самих магистральных коммутаторов и прямого подключения к ним серверов и мощных рабочих станций. В последнем случае кабель категории 5 может непосредственно соединять порт 1000Base-T на коммутаторе с аналогичным портом на сетевом адаптере рабочей станции.

Однако в тех случаях, когда протяженность непрерывных (без повторителей) горизонтальных или вертикальных соединений внутри здания превышает 100 м, без волоконно-оптических линий не обойтись. Типичным примером такой ситуации могут служить вертикальные магистральные каналы, идущие от центра обработки данных к монтажным комнатам, расположенным на разных этажах.

К сожалению, развертывание реальных сетей Gigabit Ethernet осуществляется совсем не теми темпами, которые прогнозировали эксперты. Их массовое внедрение задерживается из-за отсутствия коммерческих продуктов с гигабитными интерфейсами под неэкранированную витую пару: выпуск элементной базы для таких интерфейсов сильно отстает от потребностей пользователей.

Тем не менее изготовители коммутаторов и сетевых адаптеров начали анонсировать кабельные интерфейсы как для существующих гигабитных устройств (в качестве дополнительных модулей), так и для новых изделий.

Например, Alteon WebSystems представила трехскоростные сетевые адаптеры ACEnic c интерфейсами 10/100/1000Base-T, которые автоматически согласовывают максимальное значение скорости передачи, допустимое для данного соединения, и, кроме того, используют удлиненные кадры Jumbo Frames для повышения скорости обмена с сервером. Стоимость адаптеров ACEnic с интерфейсом под кабель категории 5 составляет 500 долл., т. е. примерно половину цены адаптера Gigabit Ethernet для оптоволокна.

Корпорация Extreme Networks предлагает коммутатор Gigabit Ethernet для сетей на неэкранированной витой паре. Модель Summit7i Internet Data Center Switch поставляется с 28 портами 1000Base-T по цене около 700 долл. за порт. Extreme анонсировала также восьмипортовый модуль 1000Base-T для своего магистрального коммутатора Black Diamond.

Наконец, фирма Foundry Networks уже выпускает модули с интерфейсами 1000Base-T для существующих коммутаторов. Более того, компания представила модель для рабочих групп FastIron II GC, оборудованную 16 или 24 портами 1000Base-T, и вариант этого устройства с повышенной плотностью портов — FastIron II Plus GC, в котором максимальное число портов 1000Base-T доведено до 64.

На просторах глобальных сетей

В территориально-распределенных сетях волоконно-оптические линии необходимы для локальной высокоскоростной передачи трафика в пределах крупного здания или комплекса зданий либо на многие тысячи километров, когда речь идет о соединении городских или национальных сетей.

В настоящее время здесь применяются два основных типа волоконно-оптических линий: одно- и многомодовые. Многомодовые каналы лучше подходят для передачи трафика на небольшие расстояния, а одномодовые — для соединений значительной протяженности. Базовым cтандартом IEEE 802.3z на сети Gigabit Ethernet максимальная длина волоконно-оптического соединения определена равной 550 м (1800 футов) для многомодового волокна и 5 км (3 мили) для одномодового. На расстояниях, превышающих 5 км, приходится использовать трансиверы, соединяющие одномодовые линии и позволяющие довести суммарную протяженность канала до 100 км.

В локальных сетях в качестве средства подключения портов коммутатора к волоконно-оптическим линиям все большую популярность завоевывают преобразователи, или конверторы, интерфейсов — GigaBit Interface Converter (GBIC). Устройства этого типа оборудованы оптическими элементами, обеспечивающими возможность подключения к волоконно-оптической линии, а с функциональной точки зрения представляют собой трансиверы, преобразующие электрические сигналы в оптические и наоборот. Такой конвертор вставляется в порт 1000Base-X на коммутаторе, и уже к нему подключается волоконно-оптический канал. В настоящее время выпускаются конверторы, имеющие оптические интерфейсы 1000Base-SX, LX и LH; в последнем случае длина соединения составляет 70 км и больше.

С точки зрения производителей коммутаторов главное преимущество конверторов GBIC заключается в дополнительной гибкости: изготовитель может оснащать выпускаемые устройства портами разных типов в произвольной комбинации, вместо того чтобы пытаться заранее угадать, сколько портов каждого типа понадобится заказчику. К тому же применение GBIC позволяет снизить суммарную стоимость коммутатора.

Аналогичная свобода выбора появляется и у пользователей, которые теперь смогут настроить конфигурацию коммутатора в соответствии со своими текущими потребностями и изменить ее в будущем при появлении новых приложений. В результате им удастся продлить срок эксплуатации существующих коммутаторов при умеренных затратах. Применение конверторов GBIC обеспечивает дополнительную степень отказоустойчивости, поскольку при неисправности электрооптического преобразователя достаточно заменить только конвертор, не затрагивая сам коммутатор. В настоящее время средняя стоимость устройств GBIC составляет 400 долл. за порт 1000Base-SX, 1400 долл. за порт 1000Base-LX и 5500 долл. за порт 1000Base-LH, обеспечивающий, как отмечено выше, соединение длиной 70 км.

Впрочем, цены на коммутаторы с оптическими интерфейсами также постоянно снижаются. Скажем, порты 1000Base-SX, которые вскоре после появления на рынке предлагались аж за 3000 долл., теперь подешевели примерно втрое и стоят около 1000 долл. Аналогичная картина наблюдается и для портов 1000Base-LX: если первоначально их цена составляла порядка 5000 долл. за один порт, то сейчас она опустилась до 3000 долл.

Возрастание спроса на кабельные интерфейсы для гигабитных локальных сетей, безусловно, окажет положительное влияние и на рынок устройств для волоконно-оптических каналов. Стремясь уменьшить расходы на приобретение оборудования и его инсталляцию, заказчики будут использовать неэкранированную витую пару всякий раз, когда это позволят приложения. Стоимость «кабельных» портов сегодня составляет около половины стоимости портов для волоконно-оптических линий небольшой протяженности. Растущая потребность в интерфейсах для кабельных соединений вынудит производителей снижать цены на интерфейсы для оптических линий малой протяженности, и этот процесс только усилится после того, как коммутаторы с интерфейсами 1000Base-T будут широко представлены на рынке.

Тем не менее не стоит отрицать наличия весьма перспективной области для применения оптических сетей — они остаются единственным решением там, где кабельная проводка не в состоянии справиться с возникающими задачами. Речь идет прежде всего о вертикальных магистралях внутри зданий, опорных кампусных сетях, соединениях сетей друг с другом (например, о подключении корпоративной сети к городской), сетях операторов и сервис-провайдеров, наконец, о глобальных волоконно-оптических каналах. Приложения для городских и глобальных сетей набирают силу день ото дня, так что, образно выражаясь, волоконно-оптическим линиям безработица пока не грозит. В этой области есть все основания ожидать падения цен на трансиверы волоконно-оптических каналов высокой протяженности, по мере того как будет расти число компаний, предлагающих эти изделия.

К новым скоростям

Технология Ethernet готовится к очередному прыжку. В последнее время все активнее обсуждается возможность достижения в сетях этого типа скоростей передачи данных на уровне 10 Гбит/с. В этой связи возникает естественный вопрос: смогут ли 10-гигабитные сети когда-нибудь работать на кабельных линиях? Рабочая группа IEEE 803ab предложила поистине революционную технологию цифровой обработки сигналов, которая должна позволить передавать данные с указанной скоростью по медному кабелю. Однако возрастание пропускной способности на порядок по сравнению с сегодняшним максимальным уровнем потребует экстраординарных усилий разработчиков, чтобы добиться на кабельных линиях таких скоростей.

К потенциальным приложениям 10-гигабитной технологии можно отнести организацию соединений между коммутаторами, построение высокоскоростных каналов в сетях хранения данных с накопителями большой емкости и модернизацию линий, связывающих серверы с коммутаторами.

Перспективы применения для этих целей традиционных кабелей категории 5 вызывают большие сомнения. Но не исключено, что решение будет основываться на кабелях категорий 6 и 7. По сообщению экспертов из рабочей группы 802.3ab, передача данных со скоростью 10 Гбит/с возможна по высококачественному кабелю категории 6, но только на расстояния до 100 м. Судя по всему, на меньших расстояниях удастся использовать и кабель расширенной категории 5 (Category 5e).

Некоторые эксперты полагают, что решение проблемы следует искать на путях совершенствования технологии модемов и создания многоскоростных сетей. В этом случае сетевые устройства, расположенные на противоположных концах сетевого соединения, сразу после включения могли бы согласовывать друг с другом скорость передачи в зависимости от качества линии, увеличивая или уменьшая ее с шагом 1 Гбит/с в диапазоне от 1 до 10 Гбит/с. В последние месяцы появились указания на то, что некоторые сети на неэкранированной витой паре категории 5 способны передавать данные со скоростью как минимум 2,5 Гбит/с, а это создает неплохие перспективы для повышения пропускной способности в горизонтальных сегментах сетей зданий.

ОБ АВТОРЕ

Расщепление гигабитных сигналов

При создании группы IEEE 802.3ab Task Force ставилась цель разработать спецификацию интерфейса, который позволил бы передавать данные со скоростью 1000 Мбит/с по линиям на неэкранированной витой паре. Для ее достижения прежде всего следовало снизить несущую частоту до такого уровня, который гарантировал бы транспортировку трафика по кабелю категории 5 с очень низкой частотой появления ошибок (10-10, или одна ошибка на 10 млрд бит).

В сетях, соответствующих спецификации 1000Base-T, гигабитная скорость передачи достигается за счет деления суммарного сигнала на четыре части, передаваемые по четырем витым парам, и использования пятиуровневой схемы амплитудно-импульсной модуляции (PAM), которая дает возможность вдвое уменьшить частоту в каждой паре. Алгоритм PAM позволяет передавать два бита на бод (т. е. на один период несущей). Таким образом, в каждой из четырех пар данные транспортируются со скоростью 250 Мбит/с, а частоты несущих составляют только 125 МГц. Очевидно, суммарная полоса пропускания канала при этом оказывается равной 1000 Мбит/с.

Как показало тестирование интерфейса 100Base-T для кабелей с двумя витыми парами, широко применяемых в сетях Fast Ethernet, он поддерживает частоты несущих вплоть до 125 МГц. Интерфейс 1000Base-T является дуплексным, так что эффективная полоса пропускания канала удваивается. Остается напомнить, что приведенные значения скорости передачи могут быть достигнуты только на линиях длиной не более 100 м.