40 Gigabit Ethernet и беспроводные сети Fast Ethernet

Стандарты IEEE 802 для локальных и региональных сетей затрагивают главным образом технологии Ethernet, а в особенности — физический и канальный уровень передачи данных. В последнее время всеобщее внимание к этой области привлекают беспроводные сети Fast Ethernet, радиосети на последней миле и 10 Gigabit Ethernet по медным проводам. Кроме того, в планах уже значится разработка 40 Gigabit Ethernet для сетей операторского класса.

Наряду со стандартизацией совершенно новых технологий передачи, перед IEEE 802 стоит задача максимального использования уже существующих и их оптимизации или дополнения для появляющихся приложений. Поэтому стандарты часто основаны один на другом и зависят от утверждения параллельных стандартов (о работе над отдельными стандартами см. врезку «Появление стандарта Ethernet» и Рисунок 1).

Звездами последних месяцев были, без сомнения, спецификации на беспроводные соединения с Internet. Стремясь выйти на новый перспективный рынок, многие предприятия начали разрабатывать и производить соответствующие продукты еще до принятия беспроводных стандартов 802.11b, a или g. С тех пор они уже давно утверждены, однако это оказалось только началом.

БЕСПРОВОДНОЙ FAST ETHERNET

Начиная с конца прошлого года одна из рабочих групп занимается расширением стандарта 802.11n. Ее цель — создание стандарта с эффективной пропускной способностью 100 Мбит/с. Правда, пока стандарт задает теоретическое, а не действительное значение скорости передачи данных. Так, сети с номинальной скоростью 54 Мбит/с предлагают фактическую пропускную способность не более 20 Мбит/с, а соответствующий показатель для сетей на 11 Мбит/с не превышает 5 Мбит/с.

Высокой эффективной скорости передачи в 100 Мбит/с IEEE собирается добиться путем повышения пропускной способности на уровне протокола управления доступом к среде передачи (Media Access Control, MAC) и сокращения накладных расходов на протокол. Сначала планируется достичь величины 108 Мбит/с, а в долгосрочной перспективе — 320 Мбит/с.

Intel в своей исследовательской лаборатории уже разработала модульные алгоритмы модуляции, с помощью которых значение 54 Мбит/с можно удвоить. Остальные улучшения будут достигнуты за счет адаптивных методов MAC для более эффективного разделения имеющейся пропускной способности между участниками.

Усовершенствованные микросхемы позволят достичь планируемой скорости, и в будущем намечено даже интегрировать технологию WLAN на процессорную плату. Точные сроки пока еще не определены, однако до того, как разработанный на основе проекта стандарт превратится в реальные, доступные на рынке продукты, пройдет, вероятно, от двух до трех лет.

ЯЧЕИСТЫЕ БЕСПРОВОДНЫЕ СЕТИ

В январе начала работать исследовательская группа 802.11 по ячеистым сетям: Intel, Cisco и некоторые другие ее члены приступили к подготовке единого стандарта для ячеистых беспроводных локальных сетей (Wireless Local Area Network, WLAN). В ячеистых сетях, называемых также многоточечными, мобильные телефоны, КПК, ноутбуки или электронные разговорные устройства могут функционировать в специальном режиме как радиорелейная станция и передавать сигнал до ближайшей точки доступа (см. Рисунок 2). Ячеистые сети не только повышают скорость передачи данных и расширяют зону покрытия сети, но и позволяют провайдерам не устанавливать дополнительные точки доступа с дорогостоящей проводкой к ним: достаточно небольших радиорелейных станций WLAN, способных обеспечить связь с имеющейся инфраструктурой точек доступа.

БЕСПРОВОДНЫЕ ГОРОДСКИЕ СЕТИ

В отличие от стандартов 802.11х, разработчики которых ориентированы прежде всего на беспроводные корпоративные и домашние сети, 802.16 предназначен для организации беспроводной последней мили в городских и региональных сетях (Metropolitan Area Network, MAN) и объединения таким образом различных зданий в соответствии с топологией «точка—много точек». Стандарт рассчитан на поддержку IPv4, IPv6, АТМ или Ethernet с обеспечением качества услуг (Quality of Service, QoS). Вместе с общемировой спецификацией совместимости микроволнового доступа (Worldwide Interoperability for Microwave Access, WIMAX) — стандарт IEEE 802.16а — соответствующая рабочая группа в прошлом году разработала дополнение к 802.16 для нелицензируемых частотных диапазонов между 2 и 11 ГГц.

С недавнего времени IEEE 802.16e занята подготовкой дополнительного расширения для передачи данных. Речь идет о технической реализации сопровождения (handover) мобильного устройства от ячейки к ячейке или от сектора к сектору в частотном диапазоне между 2 и 6 ГГц. Тем самым преодолевается разрыв между существующими беспроводными и сотовыми (GSM) радиосетями. Первый проект спецификации предположительно появится уже в середине этого года.

Тем самым рабочая группа 802.16 опережает созданную в конце 2002 г. группу 802.20, в задачи которой входит разработка мобильного широкополосного беспроводного доступа (Mobile Broadband Wireless Access, MBWA). На первый взгляд и те и другие преследуют схожие цели, но отличия проявляются, прежде всего, в частотном диапазоне для передачи: 802.16 ориентируется на нелицензируемые диапазоны от 2 до 11 ГГц, в то время как 802.20 — на реализацию широкополосной радиосети в лицензируемом частотном диапазоне до 3,5 ГГц. Эта сеть должна осуществлять передачу данных в реальном времени со сравнимой с DSL скоростью и учетом требований мобильных пользователей, неважно, перемещаются они пешком или едут на автомобиле.

Новая технология может представлять интерес, например, для подключения к Internet высокоскоростных поездов, что, однако, предполагает поддержку соответствующих методов роуминга для передачи соединения от одной радиоячейки к другой. Поставщики беспроводных сетевых систем в настоящее время в вопросе роуминга делают выбор в пользу ориентированных на конкретного производителя решений, в результате взаимодействие между сетями оказывается невозможным. Согласно графику, стандарт должен быть принят до конца 2004 г., но пока разработке мешают различные конфликты внутри группы.

10 GIGABIT ETHERNET ПО МЕДНЫМ ПРОВОДАМ

С ноября 2002 г. группа IEEE работает над стандартом, принятие которого позволит передавать трафик 10 Gigabit Ethernet по медным проводам.

Еще несколько лет назад большинство экспертов даже не рассматривали медную проводку в качестве среды передачи для 10 Gigabit Ethernet. Но технология уже реализуется по недорогой медной проводке (см. Рисунок 3), пока, правда, дальность передачи невелика — всего около 4,5 м. Нормирующие органы при утверждении первоначального варианта стандарта исходили из того, что в случае медных проводов требуемая дальность передачи недостижима. Однако в настоящее время имеется два подхода к использованию 10 Gigabit Ethernet по медным проводам протяженностью до 100 м. «Первый подход называется 10GBaseCX4, а второй 10GBaseT», — поясняет Брэдли Бут, архитектор коммуникационной группы компании Intel и председатель рабочей группы 10GBaseT 802.3 IEEE.

Группа 10GBaseCX4, а точнее, IEEE P802.3ak (параметры физического уровня и управления для обеспечения скорости до 10 Гбит/с, тип 10GBaseCX4), определяет технологию передачи со скоростью 10 Гбит/с по восьми твинаксиальным жилам на расстояние до 15 м. Таким образом при помощи медных проводов можно объединить в сеть несколько стоек. Эта технология использует определенный в стандарте IEEE 802.3ае интерфейс подключения устройств со скоростью 10 Гбит/с (10 Gigabit Attachment Unit Interface, XAUI). Как и прочие стандарты Ethernet, XAUI поддерживает существующие физические подключения прочих сетей, в данном случае Infiniband со скоростью 10 Гбит/с и Fibre Channel, которые могут работать по коротким медным проводам. Типичными областями применения являются каскадируемые коммутаторы или серверные фермы.

10GBaseT возник благодаря желанию получить скорость 10 Гбит/с по традиционным витым парам. Сейчас в стадии обсуждения находится передача в частотном диапазоне до 400 и 600 МГц на расстояние до 100 м, но не исключено, что в итоге выбор будет сделан в пользу меньших расстояний. Заботясь о максимально широком охвате рынка, группа намерена разработать стандарт для медной проводки Категории 5 (и лучше). В конце концов, стандарты имеет смысл принимать только тогда, когда они технически реализуемы и применимы на практике. В мире доминирует Категория 5, поэтому производители хотели бы, чтобы стандарт был рассчитан именно на эту проводку. Между тем у европейских производителей наибольший интерес вызывает Категория 6, ввиду ее повсеместного распространения в Европе.

Неважно, какая проводка используется: технические проблемы очень велики, поскольку в любом случае необходимо подавить электрические и магнитные помехи. «Выбранная для 10GBaseT модель соответствует Gigabit Ethernet, — объясняет Брэдли Бут. — Она предусматривает передачу по четырем парам, и в ней идентифицируются девять источников шума. Первые три представляют собой перекрестные помехи на ближнем конце, еще три — перекрестные помехи на дальнем конце, а последние три — это внешние помехи, помехи от оборудования и эхо». «Максимальная скорость передачи определяется соотношением между сигналом и шумом, поэтому мы работаем над устранением помех, — продолжает Бут. — Эхоподавление — один из самых известных методов. Но одного его недостаточно, необходимо подавление и других помех». Хотя требуемая вычислительная мощность довольно высока, организация считает проблему решаемой. Впрочем, первые продукты стандарта 10GBaseT появятся на рынке не раньше 2006 г.

СЛЕДУЮЩИЕ ШАГИ

За скоростью 10 Гбит/с следует очередная ступень — 40 Гбит/с. Следующей оптической спецификацией в области телекоммуникаций станет спецификация SONET ОС-768 на 40 Гбит/с. Пока это самая быстрая спецификация SONET, определенная американским комитетом Т1 (она эквивалентна STM-256 в европейской спецификации SDH). Соответствующие подходы уже рассматриваются, и через год-два стандарт может появиться, причем некоторые производители выпустят на рынок соответствующую продукцию даже раньше.

Переход к передаче со скоростью 40 Гбит/с станет завершающим этапом развития Ethernet, в результате которого появились Fast Ethernet (100 Мбит/с), Gigabit Ethernet и 10 Gigabit Ethernet. Скорость в 100 Гбит/с хотя и возможна, но бессмысленна и сложно реализуема, поскольку стандарт физического интерфейса для нее отсутствует.

Чтобы вывести Ethernet на уровень 100 Гбит/с, потребовалась бы новая оптическая спецификация первого уровня модели взаимодействия открытых систем. Ее появление означало бы, что цель IEEE, т. е. господство Ethernet в области телекоммуникаций, достигнута.

Петер Минион — руководитель группы маркетинга Ethernet в регионе ЕМЕА в Intel Communication Group. С ним можно связаться по адресу: db@lanline.awi.de.

? AWi Verlag

Появление стандарта Ethernet

До того как организация по стандартизации IEEE примет новый стандарт Ethernet, необходимо определить область его применения. В рамках пленарных заседаний, проходящих трижды в год, делегаты предлагают тему, обсуждают ее и проводят голосование в комитетах «по интересам». Если предложение получает большинство голосов присутствующих, то в IEEE создается соответствующая группа для изучения вопроса. Она проверяет, насколько целесообразна разработка стандарта и возможна ли его техническая реализация в принципе.

Результаты обобщаются в так называемом «запросе на авторизацию проекта» (Project Authorization Request, PAR). Позднее PAR рассматривается и проверяется различными организациями (к ним относятся руководящие органы группы 802, комитет новых стандартов Nescom и совет по стандартам ассоциации IEEE) с разных точек зрения. Лишь после того, как все высказали свое мнение, создается рабочая группа по разработке стандарта.

Эта рабочая группа подготавливает проекты, т. е. общие схемы стандартов, и они, в свою очередь, опять выдвигаются на голосование. Члены группы могут вносить свои замечания, которые включаются в документ. Лишь после обсуждения всех поступивших замечаний результаты передаются в «комитет по рассмотрению стандартов» (Standards Review Committee, Revcom). Этот комитет и решает вопрос об утверждении стандарта.