Подстелил бы ... Ethernet

В гонке за ускорение работы сети быстрый Ethernet и 100VG-AnylAN мчатся вровень. Однако в будущем их ждет немало ухабов.

Предлагаемые стандарты 100BaseT

Группы поддержки

Если бы сети были похожи на людей, большинство современных систем демонстрировало бы симптомы закупорки артерий. Хорошие сетевые доктора непрестанно пытаются повысить здоровье своих систем путем выправления потоков данных. Но теперь на этом пути время от времени приходится встречаться со шлагбаумами.

Больше всего смущения вызывает попытка сделать Ethernet более быстрым, привести его в соответствие с новыми, более скоростными и конкурентоспособными сетевыми технологиями. Ethernet, некогда известный своей простотой, теперь развивается по пути нескольких высокоскоростных стандартов, каждый из которых привносит новые аспекты конструирования сетей и управления ими. Отрасль, ранее отличавшаяся целостностью и единством, теперь в какой-то степени конкурирует сама с собой.

СКОРОСТНАЯ ТРАССА

В настоящее время сформировались две партии развития Ethernet: быстрый Ethernet и 100VG-AnyLAN. Плоды, приносимые развитием, обильны. Оба этих стандарта в 5-10 раз быстрее обычного Ethernet. И быстрый Ethernet, и 100VG-AnyLAN совместимы с установленными ранее кабельными системами 10BaseT, что делает возможным для некоторых организаций развитие по принципу "подключи и используй".

Оба высокоскоростных лагеря пытаются занять командную высоту, добиваясь контроля над важным участком в цепочке доставки данных - имеются в виду локальные сети и сети структурных подразделений. Представители двух лагерей опубликовали материалы, в которых подробно разъясняются преимущества подключения к установленным или предлагаемым высокоскоростным магистралям, таким как FDDI (Fiber Disributed Data Interface, оптоволоконный интерфейс к распределенным данным) и ATM (Asynchronous Transfer Mode, асинхронный режим передачи).

ATM, однако, имеет мало шансов получить широкое распространение для настольных компьютеров по крайней мере до 1997 года, а ограниченность пропускной способности и возросшие требования конечных пользователей и структурных подразделений являются реальностью уже в настоящее время. Быстрый Ethernet, как и коммутация пакетов, полнодуплексный Ethernet и FDDI, рассматриваются в качестве не привязанного к какой-то конкретной компании способа прочистки сетевых артерий, засоренных возросшим спросом на доставку мультимедийных данных в настольные компьютеры.

Оба лагеря пытаются заинтересовать других в развитии соединительных механизмов (таких как сетевые мосты и маршрутизаторы, программное обеспечение управления сетью, аппаратные анализаторы протоколов и коммутаторы пакетов), соответствующих разработанным этими лагерями технологиям. После прошлогодней волны анонсирования продуктов фирмы-производители надавали массу обещаний, срок выполнения которых истекает в 1995 году. И, к несчастью для менеджеров сетей, параллельно прокатывалась волна пропаганды и оценок каждой партии - это еще более запутало ситуацию.

В ПОГОНЕ ЗА СКОРОСТЬЮ

Ситуация, сложившаяся на арене высокоскоростного Ethernet, далеко не нова. В аудиотехнике четко обозначились два лагеря (нарушители конвенции и пуристы). Конкуренция этих лагерей аналогична положению в области ускоренного Ethernet.

Нарушители конвенции - лагерь 100VG - ориентируются на комитет IEEE 802.12. Лагерь этот известен под разными именами, например, 100VG-AnyLAN, 100BaseVG, VG, AnyLAN и - в терминологии пуристов - "что угодно, кроме Ethernet".

Пуристы Ethernet, или, скорее, лагерь быстрого Ethernet/ 100BaseT, ориентируются на комитет IEEE 802.3u (см. врезку "Предлагаемые стандарты 100BaseT" ). Быстрый Ethernet во многом схож со стандартным Ethernet, он включает многие элементы, за которые его предшественника как хвалили, так и ругали. Понимание различий между двумя 100Мбит/с-разновидностями крайне важно для выбора наиболее подходящего стандарта для конкретных сетевых нужд пользователя.

ИСТОРИЯ ETHERNET

Первоначальные спецификации Ethernet были созданы в эпоху, когда для "быстрой" передачи данных требовались технологии, тесно связанные с коаксиальными кабелями (около1982 года). Переход на менее дорогие телефонные кабели и стремление предохранить соединения от разрыва из-за потери сигналов вдоль сегментов коаксиального кабеля стали причинами появления спецификации 10BaseT IEEE 802.3. Стандарт 10BaseT IEEE 802.3, определяющий Ethernet в средах из неэкранированных витых пар и телефонных кабелей, позволяет хабам или концентраторам выяснять качество электрического соединения с узлом или устройством, обычно представляющим собой ПК. Хаб может отключать "плохие" соединения и содействовать "хорошим". Он также может отключать "болтунов" (карты, из-за неисправности продолжающие передачу) и вырезать из петли не отвечающие сетевые карты.

Спецификация задает определенный уровень качества кабелей для поддержки постоянства и четкости сигнала, а также для предохранения передаваемого сигнала от смешивания с принимаемым. Длина сегмента неэкранированной витой пары между хабом и узлом не должна превышать 100 метров, независимо от того, отвечает ли кабель минимальным (категория 3) или более высоким (категория 4 и 5) требованиям. (Категории 3, 4 и 5 описаны в стандартах Electronic Industry Association/Telecommu-nications Industry Association, EIA/TIA.)

Утвержденная спецификация уровня напряжения сигнала была выше, чем рекомендовали некоторые члены комитета по IEEE 802.3 10BaseT. Возросшая сила сигнала позволила более точно отличать сигнал от электрических шумов всех видов. Вплоть до недавнего времени кабели категории 3 были менее дорогими, чем их более качественные двойники, однако ценовой разрыв быстро уменьшается.

Спецификации кабелей для 10BaseT требуют двух пар проводов: одну для передачи, вторую для приема. Это в какой-то степени похоже на старый коаксиальный метод передачи сигналов в Ethernet. 10BaseT-хаб следит за качеством соединения между хабом и сетевой картой. Если соединение хорошее, хаб включает узел в сегмент Ethernet.

Наиболее распространенной конфигурацией для 10BaseT является оболочка, содержащая четыре пары кабелей категории 3 - на два больше, чем необходимо. В некоторых сетях устанавливаются и подключаются только две необходимые пары. Даже если все четыре пары установлены, зачастую ко многим настенным розеткам подсоединены только две пары.

У тех, кто проинсталлировал сеть в соответствии со стандартами EIA/TIA, институтом стандартов проектирования промышленных зданий (Building Industry Construction Standards Institute, BICSI) или рекомендациями компании AT&T, есть хороший шанс, что четыре пары проводов были правильно установлены на всем протяжении от настенной розетки до хаба/концентратора. Тем, кто не в курсе, что из себя представляет их кабельная система, необходимо проверить, в каком состоянии находятся провода,- иначе не избежать проблем при развитии сети, независимо от того, какой тип высокоскоростного Ethernet они выбрали.

БЫСТРО, ЕЩЕ БЫСТРЕЕ

Простейший способ понять высокоскоростной Ethernet - разобраться в его предшественнике. Для разрешения конфликтов стандартный Ethernet использует технологию под названием "множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий" (Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detection, CSMA/CD). Узел, который хочет передать сообщение, "слушает", что творится в сети, чтобы определить, ведутся ли какие-то другие переговоры. Происходит опрос состояния несущей: узел слушает, имеются ли электрические сигналы несущей. Если таковых нет, сетевая карта узла передает данные - если, конечно, есть что передавать.

Все узлы или члены сегмента Ethernet имеют доступ к этому сегменту, если только в проводах нет несущей - отсюда и термин "множественный доступ". Если два узла начнут передавать одновременно, сигналы одного перемешаются с сигналами другого. Один из узлов обнаружит коллизию при помощи одноименного механизма и пошлет сигнал "затор", предупреждая другие узлы о случившемся конфликте.

В Ethernet при коллизии уничтожаются все данные в сети в тот момент, когда несколько узлов начинают передавать одновременно. Узлы попытаются повторно передать данные. Был разработан механизм, предохраняющий узлы от попыток продолжать передачу синхронно, что вызвало бы бесконечные коллизии. Этот механизм, называемый механизмом перерывов, приписывает каждому узлу случайный промежуток времени, в течение которого вести передачу нельзя. Узел, которому достался самый короткий период ожидания, первым получит право на очередную попытку, а остальные почувствуют, что провод занят, и будут ждать своей очереди.

CSMA/CD-механизм работает эффективно, лишь пока число узлов, пытающихся осуществить передачу, сравнительно мало. Несмотря на это, если сети Ethernet не перегружены данными, они предлагают высокий уровень готовности.

Все узлы, соединенные в логическую сеть Ethernet, находятся в интервале коллизий (под этим подразумевается область, в которой все разделяют доступ к несущей). С помощью мостов или маршрутизаторов сегменты Ethernet могут объединяться в более крупные сети, охватывающие несколько интервалов коллизий.

ИДЕОЛОГИЯ ПУРИСТОВ

Быстрый Ethernet значительно расширил применимость метода доступа CSMA/CD и увеличил пропускную способность почти исключительно за счет повышения скорости. Тот факт, что технология CSMA/CD - величина известная, значительно упрощает процесс выхода быстрого Ethernet на рынок. Протоколы и пакеты остались неизмененными, и хабы изменились не очень сильно.

Относительная простота, с которой Ethernet можно ускорить до быстрого Ethernet, сделала последний очень популярным. Более 60 поставщиков объединились в организацию под названием Альянс быстрого Ethernet (см. врезку "Группы поддержки").

Кирпичики, из которых строится быстрый Ethernet, похожи на кирпичики для сетей 10BaseT. Сюда включаются узлы, такие как рабочая станция или сетевой принтер, с картой быстрого Ethernet, кабель, идущий от сетевой карты до настенной розетки, кабель, идущий от настенной розетки к концентратору, наконец, кабели, связывающие концентраторы. Но помимо этого могут использоваться перфорированные блоки и соединительные панели для придания большей гибкости кабельной системе и мосты для превращения маленьких сетей быстрого Ethernet в большие. Диаграммы системы проводов стандарта 100BaseT тоже отличаются от диаграмм для 10BaseT.

Составные части 100BaseT характеризуются превосходной межоперабельностью. В качестве полигона для тестирования теории межоперабельности был выбран университет Нью-Хэмпшира (Durham, NH). Расширение межоперабельности от стандарта к стандарту привело к созданию не зависящего от среды интерфейса, с помощью которого можно строить среды для быстрого Ethernet. Новая спецификация 100BaseFX была построена именно таким способом - как быстрый Ethernet на оптоволоконных кабелях.

ВНИМАНИЕ: ВПЕРЕДИ УХАБЫ!

Меры по ускорению, использованные для быстрого Ethernet, могут привести к весьма обременительным ограничениям. Некоторые потенциальные препятствия крайне незначительны, но есть и другие, которые в состоянии поставить под угрозу существование сетей такого типа. Во-первых, для быстрого Ethernet могут потребоваться более быстрые связные компоненты. Во-вторых, размер интервала коллизий резко уменьшается, что существенно ограничивает возможности установки.

Что касается связных компонентов, установка быстрого Ethernet может потребовать замены кабелей и розеток. Например, для 100BaseTX требуется две пары кабелей категории 5. В 100BaseT4 можно использовать кабели категории 3, но требуется четыре пары, в два раза больше, чем для 100BaseTX. Провидцы, уже установившие четыре пары кабелей категории 5 и соответствующие розетки и перфорированные блоки, могут выбирать любой вариант. Остальным же придется устанавливать или дополнительные пары, или кабели, отвечающие более высоким требованиям.

Там, где быстрый Ethernet упирается в дистанционные ограничения, приходится использовать мосты к другим сетям. В стандартном 10 Мбит/с Ethernet максимальное расстояние между оконечными узлами и длина интервала коллизий не должны превышать 2500 метров. Подобное ограничение является следствием задержек распространения или способности узла на одном конце кабельного сегмента "слышать" несущую от узла на другом конце сквозь все промежуточные повторители. Ethernet-карта должна электрически нагружать кабельный сегмент и, возможно, завершать общение через повторители, чтобы известить узел на другом конце о наличии несущей. При скорости 100 Мбит/с длина сегмента быстрого Ethernet должна быть в десять раз меньше, а расстояние от хаба или концентратора ограничивается общим радиусом в 210 метров.

210-метровый лимит означает, что два самых длинных кабеля от 100BaseT-хаба до сетевой карты компьютера должны иметь длину менее 250 метров. Расширение сегмента быстрого Ethernet или объединение нескольких сегментов требует дополнительной аппаратуры, такой как мосты или маршрутизаторы. Некоторые производители, например, NetWorth (Irving, TX), встраивают мосты в свои 100BaseT-хабы. Это означает, что радиус сети (но не интервал коллизий) может быть увеличен сравнительно простым способом.

Небольшой размер кабельного сегмента для быстрого Ethernet ведет также к увеличению числа коммутационных шкафов по сравнению с предшественником, обычным 10BaseT Ethernet, и к ограничениям на использование соединительных панелей и наращивание кабеля.

ЭВОЛЮЦИЯ

В то время как 100BaseT Ethernet особенно энергично продвигают компании 3Com (Santa Clara, CA) и Grand Junction (Fremont, CA), Hewlett-Packard (HP, Palo Alto, CA) стеной стоит за 100VG-AnyLAN. Однако Форум 100VG-AnyLAN гораздо меньше, чем Альянс быстрого Ethernet.

Интересно отметить, что некоторые VG-союзники прекрасно знакомы с технологией высокоскоростных сетей. Компании Thomas-Conrad (Austin, TX) и Plaintree Systems (Wellesley, MA), несколько лет производившие собственные продукты для ускорения Ethernet, накопили в этой области богатый опыт. HP продает высокоскоростное оборудование с октября 1994 года, в то время как продукты 100BaseT только сейчас начали появляться на рынке.

VG-спецификации стали более крупным эволюционным шагом, чем 100BaseT. Они задуманы как путь развития сетей Ethernet и 16 Мбит/с сетей Token Ring. С точки зрения пуристов, VG-спецификации - это не Ethernet, поскольку исчезло понятие интервала коллизий. Вместо этого VG-хаб, или повторитель, опрашивает каждый узел на предмет наличия у него данных для передачи. Узел может запросить передачу данных в двух режимах: приоритетном или нормальном. Хаб проходит по списку узлов в порядке начального подключения.

Упорядоченный метод доступа к сети исключает коллизии и интервалы коллизий. Поскольку доступ регулируется хабом, нет нужды в множественном доступе. При условии правильного проектирования сети, коллизии по существу становятся невозможными, и отпадает необходимость в их разрешении. Именно детерминированная природа VG-технологии вызывает упреки пуристов в отступничестве от Ethernet. Что ж, возможно, они и правы.

Но все не так уж плохо. Поскольку по VG-сети могут передаваться фреймы как Ethernet, так и Token Ring, новая технология может развить старые локальные сети обоих видов. Расстояние между оконечными узлами у VG гораздо больше, чем у обычного Ethernet; мостов при этом не требуется.

VG предоставляет и изохронные возможности, что позволяет передавать данные, чувствительные к задержкам, например, потоки видеоинформации. Комитет IEEE 802.12 установил контакты с группой экспертов в области кино Американского национального института стандартов (ANSI"s Motion Picture Experts Group, MPEG). Результатом сотрудничества может стать изобретение способа доставки этого типа данных (см. статью "The Multimedia Menance" в октябрьском номере LAN Magazine за 1994 год). В лагере 100BaseT реальных механизмов изохронной доставки пока нет. Изохронные протоколы появляются, но они не столь всеобъемлющи, как для VG.

ПОРТЫ ПРИПИСКИ

В стандарте VG предусматривается наличие хаба, или повторителя, который становится корневым, то есть располагается на первом уровне. Подобно 100BaseT, в VG используется топология звезды. Порты хаба могут функционировать в двух режимах: обычном или мониторном. В обычном режиме порт "видит" только данные, предназначенные для подключенной к нему рабочей станции. В мониторном режиме видны все данные, проходящие через хаб; такой порт можно использовать для диагностики или поддержки принятия решений. У каждого хаба есть, по крайней мере, один порт для подключения "вверх"; все остальные порты можно использовать для подключений "вниз". Таким образом, VG-сети имеют иерархическое строение.

Хабы, подключенные "вверх", могут образовывать каскад глубины три. В каскад могут входить не более трех хабов с расстояниями между соседями не более 100 для кабеля категории 3 и не более 150 метров для кабеля категории 5. Максимальная VG-сеть, выполненная целиком на неэкранированной витой паре, содержит один корневой хаб (назовем его A), хабы слева и справа от A (B1 и B2) и хабы слева и справа от B1 и B2 (C1 и C2).

Узлы подключаются к C1 и C2 таким образом, чтобы расстояния из конца в конец не превышали 600 метров для кабеля категории 3 и 900 метров для кабеля категории 5. Если, однако, хабы оказываются в одном коммутационном шкафу или стойке, расстояния между оконечными узлами сокращаются до 200 или 300 метров, в зависимости от категории кабеля. При использовании оптоволоконных соединений расстояние из конца в конец может достигать 5000 метров.

Довольно высокая цена 100BaseVG-хабов служит аргументом противников этой технологии. "Начинка" хаба также весьма сложна и дорога по сравнению с хабами для 100BaseT. Правда, фактор сложности оказывается не столь существенным, если сравнивать с хабами 100BaseT, содержащими внутренние мосты.

Пионерский статус технологии VG, ее новизна затрудняют ее освоение традиционными поставщиками сетевого оборудования. Что еще хуже, некоторые VG-микросхемы можно получить только из одного источника - сказывается отсутствие критической массы. Но хотя VG - это не быстрый Ethernet, данная технология все же предоставляет скоростную транспортную среду для данных в формате Ethernet и Token Ring.

РАСШИРЯЯ ВЛАДЕНИЯ

Два проекта высокоскоростных сетей действительно обеспечивают быструю передачу данных, но используют для достижения этой цели существенно разные средства. В лагере 100BaseT сохранили имя Ethernet. За команду Альянса быстрого Ethernet играют 60 ведущих поставщиков Ethernet-продуктов.

Лагерь 100BaseVG предлагает "путь наверх" для мигрантов из земель медленного Ethernet и Token Ring. Краеугольными камнями служат мудрость членов Форума и богатый опыт в области высокоскоростных сетей. Поле битвы, которая решит, чья сетевая карта будет бита, окутано густыми клубами сигаретного дыма.

Предлагаемые Стандарты 100BASET

Источник: Альянс быстрого Ethernet.

Группы Поддержки

Поддержка появляющихся стандартов высокоскоростного Ethernet осуществляется двумя крупнейшими организациями: Альянсом быстрого Ethernet и Форумом 100VG-AnyLAN. Ниже приведен выборочный список компаний, входящих в состав этих организаций.

Альянс быстрого Ethernet

---

Форум 100VG-AnyLAN