История сетевого оборудования запечатлена в семействе стандартов проектной группы IEEE 802, причем оно продолжает ежегодно пополняться вследствие повышения требований к скорости передачи данных и расширения области применения в локальных, региональных и глобальных сетях. Несмотря на все большую привлекательность беспроводных технологий рабочая группа 802.3, отвечающая за Ethernet, по-прежнему играет ведущую роль. Что же будет дальше с 1, 10 и 100 Гбит/с?

Проектная группа IEEE 802, традиционно отвечающая за стандартизацию локальных и региональных сетей, с некоторого времени изменила акценты в своей деятельности. Если до наступления нового тысячелетия основной темой этой группы был Ethernet во всех своих вариантах, то теперь фокус интересов медленно, но неуклонно смещается в направлении беспроводных технологий, хотя Ethernet, как и прежде, занимает доминирующие позиции. В этой статье дается обзор деятельности проектной группы Р802, американского комитета по стандартизации, а также описывается состояние технологии и перспективы развития в области Ethernet.

СТАНДАРТЫ ПРОЕКТА 802 ДЛЯ ЛОКАЛЬНЫХ И ГОРОДСКИХ СЕТЕЙ

Проектная группа Р802 сформирована, как и отражено в названии, в феврале 1980 г. с целью разработки стандартов для локальных сетей. Называясь поначалу комитетом стандартов для локальных сетей (LSN Standards Committee, LSC), она занималась стандартизацией технологий CSMA/CD (802.3), Token Ring (802.5) и Token Bus (802.4). С появлением почти забытого сегодня стандарта DQDB (802.6) группа расширила область своей деятельности и была переименована в комитет по стандартам для локальных и городских сетей (LAN & MAN Standards Committee, LMSC). Так она называется и сейчас, хотя уже стандартизированы технологии для глобальных сетей. Как и прежде, Р802 подготавливает лишь американские стандарты, но в расчете на их применение во всем мире: в частности, все готовые стандарты без изменений принимает ISO.

Стандарты первой волны были рассчитаны на фиксированные линии передачи данных (медь и оптическое волокно). Ситуация изменилась, когда в 1990 г. появилась группа 802.11 по стандартизации беспроводных локальных сетей. Сегодня беспроводная технология является основной темой проектной группы Р802: из 11 групп, работающих приблизительно над 40 проектами по стандартизации, семь занимаются беспроводными технологиями (синие блоки на Рисунке 1).

РАЗРАБОТКИ В РАМКАХ 802.3

Применительно к традиционной теме — Ethernet — группа Р802 концентрируется на двух основных направлениях: повышение скорости передачи данных до 10 Гбит/с и расширение на область доступа. Уже готовы стандарты «Ethernet на первой миле» (Ethernet in the First Mile, EFM) и «10 Gigabit Ethernet», в процессе работы находятся три проекта по стандартизации, так называемые «исследовательские группы» занимаются тремя новыми идеями, и проявляется интерес еще к одному проекту (см. Рисунок 2).

В 2003-2004 гг. завершены следующие проекты:

  • 802.3ае: 10GBaseX (Ethernet со скоростью 10 Гбит/с для оптического волокна);
  • 802.af: DTE — стандарт подачи питания по Ethernet (Power over Ethernet);
  • 802.3ak: 10GBaseCX4 (Ethernet со скоростью 10 Гбит/с для твинаксиального кабеля).

Текущие проекты по стандартизации:

  • 802.3an: 10GBaseT (Ethernet со скоростью 10 Гбит/с по кабелям Категорий 6 и 7);
  • 802.3ар: 10GBaseК (10 Гбит/с или 1 Гбит/с Ethernet в качестве объединительной шины);
  • 802.3аq: 10GBaseLRM (Ethernet со скоростью 10 Гбит/с по классической многомодовой проводке).

Исследовательские группы:

  • управление перегрузкой (Congestion Management, CM);
  • расширение формата кадра (Frame Format Extension, FFE);
  • Ethernet для жилых помещений (Residential Ethernet, RE).

Заинтересованность в проектах:

  • расширенная подача питания по Ethernet (Extended Power over Ethernet, EPoE).

10 GIGABIT ETHERNET: БОЛЕЕ ЧЕМ ДОСТАТОЧНО?

Утвержденный в 2002 г. стандарт 802.3ае предлагает достаточную пропускную способность для удовлетворения любых потребностей. Она определяет интерфейсы со скоростью 10 Гбит/с для коротких (850 нм), длинных (1310 нм) и очень длинных (1510 нм) волн в многомодовом и одномодовом волокне. На Рисунке 3 представлен обзор утвержденных в стандарте интерфейсов и их радиуса действия.

Большое количество интерфейсов является следствием двух причин: поддержки технологий как для локальных, так и для региональных сетей, и значительной разницы в цене между отдельными технологиями. Так, порт для «дешевого» интерфейса локальной сети стоит менее 5000 евро, а за более сложные порты глобальной сети придется выложить от 40 до 70 тыс. евро. В сравнении с ценами на SONET/SDH, которые для скорости 10 Гбит/с составляют около 300 тыс. евро, преимущества Ethernet становятся очевидными.

Дальнейшая деятельность в этом соревновании на скорость направлена на разработку новых интерфейсов: так, уже в 2004 г. был утвержден стандарт 10GBaseCX4 — технология для экономичного каскадирования коммутаторов и соединения серверов по твинаксиальным кабелям.

10 ГИГАБИТ ПО МЕДНОМУ КАБЕЛЮ

Главные работы ведутся сегодня группой 802.3an (10BaseT), которая определяет спецификацию для 10 Gigabit Ethernet по кабельным сетям Категорий 6/7. Официально она приступила к подготовке стандартов в 2004 г. и намерена решить следующие задачи:

  • определение порта Ethernet со скоростью 10 Гбит/с с поддержкой дальности передачи в 100 м по кабелю Категории 7 и минимум на 55 м по кабелю Категории 6;
  • обеспечение функционирования по четырем парам линий для всех поддерживаемых расстояний и классов проводки;
  • ограничение частоты появления ошибочных битов на всех расстояниях величиной в 10-12.

Основное применение эта технология найдет в вычислительных центрах, где кабелей со средней длиной 55 м немало, а упомянутой технологии 10GBaseCX было бы недостаточно, поскольку она поддерживает передачу лишь на 15 м по четырем твинаксиальным парам. Развитие столь сложного стандарта любят объяснять поддержкой инсталлированной проводной базы. Однако такая аргументация не бесспорна, поскольку, во-первых, инсталлированная база проводки Категорий 6 и 7 ограничена вычислительными центрами, а во-вторых, для подобной скорости гораздо удобнее использовать оптическое волокно. В отношении безопасности поддержка высоких частот в скором будущем может столкнуться с серьезной критикой: если пользователи в вычислительных центрах не смогут звонить по своим мобильным телефонам, то технология найдет не слишком много сторонников. Завершение работы над стандартом 802.3an запланировано на июль 2006 г. Таким образом, реализация 10 GBaseT представляет громадную техническую проблему и подразумевает применение проводки Категорий 6 и 7. Будущее покажет, действительно ли есть в этом потребность.

10 ГИГАБИТ ПО ОПТИЧЕСКОМУ ВОЛОКНУ «КЛАССА FDDI»

Поскольку единственная недорогая и уже стандартизированная технология со скоростью 10 Гбит/с по классическому многомодовому волокну (10GBaseLX) не получила широкого признания со стороны у производителей, комитет ищет другие дешевые альтернативы для этого скоростного диапазона. С 2004 г. группа 802.3aq работает над 10GBaseLRM и намерена достичь следующего:

  • использования существующей сигнализации 10GBaseR (блочная кодировка 64b/66b);
  • ограничения частоты появления ошибочных бит — не более 10-12;
  • поддержка определенных типов оптического волокна в соответствии с IEC 60793-2-10: 2003: 62,5 мкм (160/500 МГц x км и 200/500 МГц x км), а также 50 мкм (500/ 500 МГц x км, 400/400 МГц x км и 1500/500 МГц x км);
  • поддержки следующих расстояний — 220 м по инсталлированному многомодовому волокну (класс FDDI) с 500 МГц x км, а также 300 м по более качественному многомодовому волокну.

Календарный график группы отражает планы еще более честолюбивые, чем у 10GBaseT: готовый стандарт должен появиться уже в начале 2006 г.

GIGABIT ETHERNET ДЛЯ ОБЪЕДИНИТЕЛЬНОЙ ПЛАТЫ

Группа 802.3ар Backplane Ethernet приступила к работе летом 2004 г. и занимается спецификацией Ethernet в качестве общей шины. В частности, преследуются такие цели:

  • использование формата кадра 802.3 и Ethernet на МАС Client Service Interface;
  • сохранение минимальной и максимальной длины кадра имеющихся стандартов 802.3;
  • поддержка независимого от среды передачи интерфейса (Media Independent Interface, MDI);
  • обеспечение при двух соединениях скорости передачи данных 1 и 10 Гбит/с на расстояние до 1 м;
  • автоматическая адаптация скорости посредством автоматического согласования;
  • частота появления ошибочных бит не должна превышать 10-12.

Между тем рабочая группа утвердила следующие обозначения: для всех технологий используется буква «К» («К» ассоциируется с Backplane), а для кодировки — «R», что означает блочную кодировку 64b/66b, а также Х для кодировки 8В/10В. На выбор предлагаются три варианта:

  • 1000BaseKX: 1 Гбит/с, последовательный порт, зависящий от физической среды передачи (Physical Medium Dependent, PMD);
  • 10GBaseКХ4: 10 Гбит/с, порт с четырьмя линиями;
  • 10GBaseKR4: 10 Гбит/с, последовательный порт.

Утверждение стандарта запланировано на июнь 2006 г.

ПЕРСПЕКТИВЫ

На темпы развития технологии существенно влияет быстрота падения цен. В ближайшее время потребность в пропускной способности будет наблюдаться скорее в области глобальных сетей, поэтому можно рассчитывать на сравнительно медленное удешевление компонентов Ethernet. Однако компании и исследовательские институты уже говорят о необходимости более быстрого Ethernet. Так, институт информационных наук (Information Sciences Institute, ISI) университета Южной Калифорнии одним из первых стал использовать Ethernet со скоростью 10 Гбит/с в рабочей сети. ISI установил модули 10 Гбит/с в своей локальной сети, чтобы агрегировать трафик одной рабочей группы от компьютеров старшего класса с интерфейсами 1000BaseТ. С продолжающимся падением цен на 1 Гбит/с растет потребность в более быстрой магистрали. Так, эксперты ожидают удвоения инсталлированной базы в 2005 г. В этой связи неизбежно возникает вопрос о сроках появления следующей технологической ступени.

Если проследить историю развития Ethernet, то темпы роста оказываются выше определяемых законом Мура — по крайней мере, в области от 100 Мбит/с до 1 Гбит/с (см. Рисунок 4). Следовательно, появление следующей ступени можно ожидать в 2006 г. Промежуточной ступени — 40 Гбит/с, по мнению автора, не будет: как и все попытки с 2,5 Гбит/с, предложения с 40 Гбит/с обернутся неудачей. Однако ожидать 100 Гбит/с в 2006 г. было бы слишком оптимистично. Пока в рамках группы 802.3 не предпринималось серьезных попыток инициировать процесс стандартизации. К этому добавляются технологические проблемы, с учетом которых период стандартизации может продлиться четыре года. Если бы в текущем году началась хоть какая-то деятельность (для чего нет никаких предпосылок — сначала необходимо завершить работу над 10GBaseT), то 2009 г. стал бы годом стандарта 100 Гбит/с. Так что, по всей видимости, в 2010 г. развитие Ethernet войдет в соответствие с законом Мура.

СЕТИ ДОСТУПА: ETHERNET НА ПОСЛЕДНЕЙ МИЛЕ

Другая главная задача — распространение технологии на область доступа. Ethernet на первой миле (EFM/802.3ah), утвержденный в июне 2004 г., стал противовесом доминирующему в этой области асинхронному режиму передачи данных (Asynchronous Transfer Mode, ATM). EFM поддерживает как медные, так и волоконно-оптические технологии и делит их на четыре группы:

  • EFM по медному кабелю;
  • доступ «точка—точка» по оптическому волокну;
  • доступ «точка—много точек» по оптическому волокну;
  • управление, администрирование и обслуживание

EFM по медному кабелю — это стандарт для передачи кадров Ethernet по классической телефонной сети. В случае сверхвысокоскоростной цифровой абонентской линии (Very High Speed Digital Subscriber Line, VHDSL), называемой 10PASS-TS, достигается скорость передачи данных 10 Мбит/с на расстояниях до 750 м. Высокоскоростная цифровая абонентская линия по одной паре (Single-Pair High-Speed Digital Subscriber Line, SHDSL) рассчитана на более значительные дистанции: до 2,7 км со скоростью передачи до 2 Мбит/с.

Соединение «точка—точка» по оптическому волокну является классической технологией Ethernet на 100/1000 Мбит/с, при помощи которой дальность передачи увеличивается до 10 км и одновременно снижается количество необходимых волокон. Для этого предусматриваются четыре новых интерфейса: 100BaseLX10 и 1000BaseLX10 представляют собой расширения существующих технологий Ethernet на 100/ 1000 Мбит/с для одномодовой передачи до 10 км. Если 100/1000BaseLX10 задействует два волокна, то в случае 100/1000BaseВX10 речь идет о методе мультиплексирования по длине волн, когда достаточно одного волокна: отправляемые и получаемые данные передаются на разных длинах волн (1310 и 1490 нм).

Соединение «точка—много точек» представляет собой оптическую технологию широковещания, позволяющую передавать информацию из одного центра множеству участников (до 32). Для отправки и получения используется одно волокно (с мультиплексированием по длине волны). Поддержку многоточечной функциональности обеспечивает оптический разделитель. Он распределяет данные по отдельным зданиям. Физическая реализация осуществляется посредством технологии спектрального уплотнения (Wavelength-Division Multiplexing, WDM), называемой 1000BasePX. Предлагаются два метода: 1000BasePX10 для расстояний до 10 км и 1000BasePX20 для расстояний до 20 км.

Последняя группа EFM отвечает за управление. Она называется, как это и принято в глобальных сетях, «Управление, администрирование и обслуживание» (Operation, Administration and Maintenance, OAM) и отвечает за удаленное нахождение ошибок, удаленную кольцевую проверку и мониторинг каналов. В общей сложности EFM определяет восемь интерфейсов для трех различных методов, обобщенных на Рисунке 5. Как видим, технология фокусируется в основном на волоконно-оптических соединениях. Удастся ли при помощи технологий на базе меди пошатнуть доминирующие позиции АТМ, выяснится позднее. Акцент на волоконно-оптической технологии дает основание предположить, что, по крайней мере в США, началась эра подведения оптического волокна к жилым домам.

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ ГРУППЫ

Три группы, которые летом 2004 г. успешно определились со своими интересами, занимаются постановкой ряда задач по стандартизации:

  • управление перегрузкой (Congestion Management, CM);
  • расширение формата кадра (Frame Format Extension, FFE);
  • Ethernet для жилых помещений (Residential Ethernet, RE).

Управление перегрузкой. Под этим лозунгом, по всей видимости, предпринимается очередная попытка протащить в старый добрый Ethernet функции АТМ для реализации качества услуг (Quality of Service, QoS). Тем не менее она представляется более успешной, чем предыдущие. Намерения сформулированы, и в ближайшем будущем группа подготовит задание на стандартизацию.

Расширение формата кадра. Потребность в адаптации формата кадра уже возникала при введении виртуальных локальных сетей (Virtual LAN, VLAN), для чего потребовался определенный дополнительный заголовок кадра. Тогда старательно выискивались все места в стандарте, требующие адаптации. Между тем разработчиками «провайдерского моста» (802.1ad) было высказано пожелание удлинить заголовок. Надо найти принципиальное решение, что и должна сделать эта рабочая группа. Предложение заключается в том, чтобы создать «конверт» для различного содержимого, который благодаря переменной длине может использоваться в том числе для будущих нужд. Наибольшей поддержкой пользуется размер кадра в 2000 байт. Группа скоро получит свое задание на стандартизацию и достаточно быстро достигнет цели, поскольку необходимые шаги известны благодаря опыту стандартизации виртуальных локальных сетей. Завершение работ запланировано на октябрь 2005 г.

Ethernet для жилых помещений. Несомненно, также своевременная тема: провайдеры мультимедийных приложений для домашних пользователей сталкиваются с проблемой подключения своих устройств к сети. Почему бы не создать для них особый стандарт? Ранее на эту роль предлагался Ethernet, но 802.3 обладает некоторыми недостатками в отношении QoS. Пока еще не ясно, действительно ли при такой постановке вопроса необходим отдельный стандарт.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Стандарт EFM утвержден. Теперь Ethernet может атаковать последнюю крепость технологии АТМ. Используемой сегодня АТМ технологии АDSL противостоит SHDSL со скоростью 2 Мбит/с и дальностью передачи 2,7 км, а кроме того, — технология VDSL на базе медной проводки со скоростью 10 Мбит/с и радиусом действия 750 м. Однако наиболее перспективным направлением считается подведение оптического волокна к домам частных пользователей, так что успех EFM возможен, главным образом, в области оптического волокна.

В противоположность этому основное внимание в случае 10 Гбит/с уделяется технологии на базе медной проводки, которой еще предстоит доказать свое право на существование. Аргументация выглядит недостаточно последовательной, когда необходимость объясняется поддержкой инсталлированной базы. Однако еще вопрос, насколько велика база инсталлированной проводки Категорий 6 и 7 в вычислительных центрах? Если же требуется прокладывать новую проводку, то почему бы не предпочесть сразу оптическое волокно? Энергия стандартизации должна быть направлена на недорогой волоконно-оптический интерфейс.

Еще одного повышения скорости Ethernet в ближайшем будущем не предвидится. На данный момент комитеты не обсуждают ни 100 Гбит/с, ни 40 Гбит/с. С другой стороны, нет и приложений, которым может понадобиться такая пропускная способность. В отдельных случаях она легко может быть реализована при помощи агрегации каналов и мультиплексирования по длине волны. По оценке автора, IEEE начнет стандартизацию скорости 100 Мбит/с в 2006 г., окончательный стандарт появится только в 2010 г. По всей видимости, о 40 Гбит/с речи идти не будет.

Ханс Лакнер — основатель и управляющий партнер Axess-pro Networks. С 1990 г. он является членом комитета по стандартизации IEEE 802.3 с правом голоса. С ним можно связаться по адресу: pf@lanline.awi.de.

? AWi Verlag