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