Высокоскоростные сети

наступления тишины, затем отправляет пакет и одновременно слушает, не

послал ли кто-нибудь сообщение одновременно с ним. Если это произошло, то

оба пакета не доходят до адресата. Если коллизии не было, а плата должна

продолжать передавать данные, она все равно ждет несколько микросекунд,

прежде чем снова попытается послать новую порцию. Это сделано для того,

чтобы другие платы также могли работать и никто не смог захватить канал

монопольно. В случае коллизии, оба устройства замолкают на небольшой

промежуток времени, сгенерированный случайным образом, а затем

предпринимают новую попытку передать данные.

Из-за коллизий ни Ethernet, ни Fast Ethernet никогда не смогут достичь

своей максимальной производительности 10 или 100 Мбит/с. Как только

начинает увеличиваться трафик сети, временные задержки между посылками

отдельных пакетов сокращаются, а количество коллизий увеличивается.

Реальная производительность Ethernet не может превышать 70% его

потенциальной пропускной способности, и может еще ниже, если линия серьезно

перегружена.

Ethernet использует размер пакета 1516 байт, который прекрасно подходил,

когда он только создавался. Сегодня это считается недостатком, когда

Ethernet используется для взаимодействия серверов, поскольку серверы и

линии связи имеют обыкновение обмениваться большим количеством маленьких

пакетов, что перегружает сеть. Кроме того, Fast Ethernet налагает

ограничение на расстояние между подключаемыми устройствами – не более 100

метров и это заставляет проявлять дополнительную осторожность при

проектировании таких сетей.

Сначала Ethernet был спроектирован на основе шинной топологии, когда все

устройства подключались к общему кабелю, тонкому или толстому. Применение

витой пары лишь частично изменило протокол. При использовании коаксиального

кабеля коллизия определялась сразу всеми станциями. В случае с витой парой

используется "jam" сигнал, как только станция определяет коллизию, то она

посылает сигнал концентратору, последний в свою очередь рассылает "jam"

всем подключенным к нему устройствам.

Для того чтобы снизить перегрузку, сети стандарта Ethernet разбиваются на

сегменты, которые объединяются с помощью мостов и маршрутизаторов. Это

позволяет передавать между сегментами лишь необходимый трафик. Сообщение,

передаваемое между двумя станциями в одном сегменте, не будет передано в

другой и не сможет вызвать в нем перегрузки.

Сегодня при построении центральной магистрали, объединяющей серверы

используют коммутируемый Ethernet. Ethernet-коммутаторы можно рассматривать

как высокоскоростные многопортовые мосты, которые в состоянии

самостоятельно определить, в какой из его портов адресован пакет.

Коммутатор просматривает заголовки пакетов и таким образом составляет

таблицу, определяющую, где находится тот или иной абонент с таким

физическим адресом. Это позволяет ограничить область распространения пакета

и снизить вероятность переполнения, посылая его только в нужный порт.

Только широковещательные пакеты рассылаются по всем портам.

100BaseT - старший брат 10BaseT

Идея технологии Fast Ethernet родилась в 1992 году. В августе следующего

года группа производителей объединилась в Союз Fast Ethernet (Fast Ethernet

Alliance, FEA). Целью FEA было как можно скорее получить формальное

одобрение Fast Ethernet от комитета 802.3 Института инженеров по

электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electrical and Electronic

Engineers, IEEE), так как именно этот комитет занимается стандартами для

Ethernet. Удача сопутствовала новой технологии и поддерживающему ее

альянсу: в июне 1995 года все формальные процедуры были завершены, и

технологии Fast Ethernet присвоили наименование 802.3u.

С легкой руки IEEE Fast Ethernet именуется 100BaseT. Объясняется это

просто: 100BaseT является расширением стандарта 10BaseT с пропускной

способностью от 10 М бит/с до 100 Мбит/с. Стандарт 100BaseT включает в себя

протокол обработки множественного доступа с опознаванием несущей и

обнаружением конфликтов CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with

Collision Detection), который используется и в 10BaseT. Кроме того, Fast

Ethernet может работать на кабелях нескольких типов, в том числе и на витой

паре. Оба эти свойства нового стандарта весьма важны для потенциальных

покупателей, и именно благодаря им 100BaseT оказывается удачным путем

миграции сетей на базе 10BaseT.

Главным коммерческим аргументом в пользу 100BaseT является то, что Fast

Ethernet базируется на наследуемой технологии. Так как в Fast Ethernet

используется тот же протокол передачи сообщений, что и в старых версиях

Ethernet, а кабельные системы этих стандартов совместимы, для перехода к

100BaseT от 10BaseT требуются

меньшие капитальные вложения, чем для установки других видов

высокоскоростных сетей. Кроме того, поскольку 100BaseT представляет собой

продолжение старого стандарта Ethernet, все инструментальные средства и

процедуры анализа работы сети, а также все программное обеспечение,

работающее на старых сетях Ethernet должны в данном стандарте сохранить

работоспособность. Следовательно, среда 100BaseT будет знакома

администраторам сетей, имеющим опыт работы с Ethernet. А значит, обучение

персонала займет меньше времени и обойдется существенно дешевле.

СОХРАНЕНИЕ ПРОТОКОЛА

Пожалуй, наибольшую практическую пользу новой технологии принесло решение

оставить протокол передачи сообщений без изменения. Протокол передачи

сообщений, в нашем случае CSMA/CD, определяет способ, каким данные

передаются по сети от одного узла к другому через кабельную систему. В

модели ISO/OSI протокол CSMA/CD является частью уровня управления доступом

к среде (Media Access Control, MAC). На этом уровне определяется формат, в

котором информация передается по сети, и способ, каким сетевое устройство

получает доступ к сети (или управление сетью) для передачи данных.

Название CSMA/CD можно разбить на две части: Carrier Sense Multiple

Access и Collision Detection. Из первой части имени можно заключить, каким

образом узел с сетевым адаптером определяет момент, когда ему следует

послать сообщение. В соответствии с протоколом CSMA, сетевой узел вначале

"слушает" сеть, чтобы определить, не передается ли в данный момент какое-

либо другое сообщение. Если прослушивается несущий сигнал (carrier tone),

значит в данный момент сеть занята другим сообщением - сетевой узел

переходит в режим ожидания и пребывает в нем, пока сеть не освободится.

Когда в сети наступает молчание, узел начинает передачу. Фактически данные

посылаются всем узлам сети или сегмента, но принимаются лишь тем узлом,

которому они адресованы.

Collision Detection - вторая часть имени - служит для разрешения

ситуаций, когда два или более узла пытаются передавать сообщения

одновременно. Согласно протоколу CSMA, каждый готовый к передаче узел

должен вначале слушать сеть, чтобы определить, свободна ли она. Однако,

если два узла слушают в одно и тоже время, оба они решат, что сеть

свободна, и начнут передавать свои пакеты одновременно. В этой ситуации

передаваемые данные накладываются друг на друга (сетевые инженеры называют

это конфликтом), и ни одно из сообщений не доходит до пункта назначения.

Collision Detection требует, чтобы узел прослушал сеть также и после

передачи пакета. Если обнаруживается конфликт, то узел повторяет передачу

через случайным образом выбранный промежуток времени и вновь проверяет, не

произошел ли конфликт.

ТРИ ВИДА FAST ETHERNET

Наряду с сохранением протокола CSMA/CD, другим важным решением было

спроектировать 100BaseT таким образом, чтобы в нем можно было применять

кабели разных типов - как те, что используются в старых версиях Ethernet,

так и более новые модели. Стандарт определяет три модификации для

обеспечения работы с разными видами кабелей Fast Ethernet: 100BaseTX,

100BaseT4 и 100BaseFX. Модификации 100BaseTX и 100BaseT4 рассчитаны на

витую пару, а 100BaseFX был разработан для оптического кабеля.

Стандарт 100BaseTX требует применения двух пар UTP или STP. Одна пара

служит для передачи, другая – для приема. Этим требованиям отвечают два

основных кабельных стандарта: EIA/TIA-568 UTP Категории 5 и STP Типа 1

компании IBM. В 100BaseTX привлекательно обеспечение полнодуплексного

режима при работе с сетевыми серверами, а также использование всего двух из

четырех пар восьмижильного кабеля - две другие пары остаются свободными и

могут быть использованы в дальнейшем для расширения возможностей сети.

Впрочем, если вы собираетесь работать с 100BaseTX, используя для этого

проводку Категории 5, то вам следует знать и об его недостатках. Этот

кабель дороже других восьмижильных кабелей (например Категории 3). Кроме

того, для работы с ним требуется использование пробойных блоков (punchdown

blocks), разъемов и коммутационных панелей, удовлетворяющих требованиям

Категории 5. Нужно добавить, что для поддержки полнодуплексного режима

следует установить полнодуплексные коммутаторы.

Стандарт 100BaseT4 отличается более мягкими требованиями к используемому

кабелю. Причиной тому то обстоятельство, что в 100BaseT4 используются все

четыре пары восьмижильного кабеля: одна для передачи, другая для приема, а

оставшиеся две работают как на передачу, так и на прием. Таким образом, в

100BaseT4 и прием, и передача данных могут осуществляться по трем парам.

Раскладывая 100 Мбит/с на три пары, 100BaseT4 уменьшает частоту сигнала,

поэтому для его передачи довольно и менее высококачественного кабеля. Для

реализации сетей 100BaseT4 подойдут кабели UTP Категорий 3 и 5, равно как и

UTP Категории 5 и STP Типа 1.

Преимущество 100BaseT4 заключается в менее жестких требованиях к

проводке. Кабели Категорий 3 и 4 более распространены, и, кроме того, они

существенно дешевле, нежели кабели Категории 5, о чем не следует забывать

до начала монтажных работ. Недостатки же состоят в том, что для 100BaseT4

нужны все четыре пары и что полнодуплексный режим этим протоколом не

поддерживается.

Fast Ethernet включает также стандарт для работы с многомодовым

оптоволокном с 62.5-микронным ядром и 125-микронной оболочкой. Стандарт

100BaseFX ориентирован в основном на магистрали - на соединение

повторителей Fast Ethernet в пределах одного здания. Традиционные

преимущества оптического кабеля присущи и стандарту 100BaseFX: устойчивость

к электромагнитным шумам, улучшенная защита данных и большие расстояния

между сетевыми устройствами.

БЕГУН НА КОРОТКИЕ ДИСТАНЦИИ

Хотя Fast Ethernet и является продолжением стандарта Ethernet, переход от

сети 10BaseT к 100BaseT нельзя рассматривать как механическую замену

оборудования - для этого могут потребоваться изменения в топологии сети.

Теоретический предел диаметра сегмента сети Fast Ethernet составляет 250

метров; это всего лишь 10 процентов теоретического предела размера сети

Ethernet (2500 метров). Данное ограничение проистекает из характера

протокола CSMA/CD и скорости передачи 100Мбит/с.

Как уже отмечалось ранее, передающая данные рабочая станция должна

прослушивать сеть в течение времени, позволяющего убедиться в том, что

данные достигли станции назначения. В сети Ethernet с пропускной

способностью 10 Мбит/с (например 10Base5) промежуток времени, необходимый

рабочей станции для прослушивания сети на предмет конфликта, определяется

расстоянием, которое 512-битный кадр (размер кадра задан в стандарте

Ethernet) пройдет за время обработки этого кадра на рабочей станции. Для

сети Ethernet с пропускной способностью 10 Мбит/с это расстояние равно 2500

метров (см. Рис. 1).

С другой стороны, тот же самый 512-битный кадр (стандарт 802.3u задает

кадр того же размера, что и 802.3, то есть в 512 бит), передаваемый рабочей

станцией в сети Fast Ethernet, пройдет всего 250 м, прежде чем рабочая

станция завершит его обработку (см. Рис. 2). Если бы принимающая станция

была удалена от передающей станции на расстояние свыше 250 м, то кадр мог

бы вступить в конфликт с другим кадром на линии где-нибудь дальше, а

передающая станция, завершив передачу, уже не восприняла бы этот конфликт.

Поэтому максимальный диаметр сети 100BaseT составляет 250 метров (см.

Рис.3).

Чтобы использовать допустимую дистанцию, потребуется два повторителя для

соединения всех узлов. Согласно стандарту, максимальное расстояние между

узлом и повторителем составляет 100 метров; в Fast Ethernet, как и в

10BaseT, расстояние между концентратором и рабочей станцией не должно

превышать 100метров. Поскольку соединительные устройства (повторители)

вносят дополнительные задержки, реальное рабочее расстояние между узлами

может оказаться еще меньше. Поэтому представляется разумным брать все

расстояния с некоторым запасом.

Для работы на больших расстояниях придется приобрести оптический кабель.

Например, оборудование 100BaseFX в полудуплексном режиме позволяет

соединить коммутатор с другим коммутатором или конечной станцией,

находящимися на расстоянии до 450 метров друг от друга. Установив

полнодуплексный 100BaseFX, можно соединить два сетевых устройства на

расстоянии до двух километров.

КАК УСТАНОВИТЬ 100BASET

Кроме кабелей, которые мы уже обсудили, для установки Fast Ethernet

потребуются сетевые адаптеры для рабочих станций и серверов, концентраторы

100BaseT и, возможно, некоторое количество коммутаторов 100BaseT.

Адаптеры, необходимые для организации сети 100BaseT, носят название

адаптеров Ethernet 10/100 Мбит/с. Данные адаптеры способны (это требование

стандарта 100BaseT) самостоятельно отличать 10 Мбит/с от 100 Мбит/с. Чтобы

обслуживать группу серверов и рабочих станций, переведенных на 100BaseT,

потребуется также концентратор 100BaseT.

При включении сервера или персонального компьютера с адаптером 10/100

последний выдает сигнал, оповещающий о том, что он может обеспечить

пропускную способность 100Мбит/с. Если принимающая станция (скорее всего,

это будет концентратор) тоже рассчитана на работу с 100BaseT, она в ответ

выдаст сигнал, по которому и концентратор, и ПК или сервер автоматически

переходят в режим 100BaseT. Если концентратор работает только с 10BaseT, он

не подает ответный сигнал, и ПК или сервер автоматически перейдут в режим

10BaseT.

В случае мелкомасштабных конфигураций 100BaseT можно применить мост или

коммутатор 10/100, которые обеспечат связь части сети, работающей с

100BaseT, с уже существующей сетью 10BaseT.

ОБМАНЧИВАЯ БЫСТРОТА

Подытоживая все вышесказанное, заметим, что, как нам кажется, Fast

Ethernet наиболее хорош для решения проблем высоких пиковых нагрузок.

Например, если кто-то из пользователей работает с САПР или программами

обработки изображений и нуждается в повышении пропускной способности, то

Fast Ethernet может оказаться хорошим выходом из положения. Однако если

проблемы вызваны избыточным числом пользователей в сети, то 100BaseT

начинает тормозить обмен информацией при примерно 50-процентной загрузке

сети- иными словами, на том же уровне, что и 10BaseT. Но в конце концов,

это ведь не более чем расширение 10BaseT.

Сети Gigabit Ethernet.

Вопрос «Gigabit Ethernet - это Ethernet или нет?» отнюдь не праздный, и,

хотя Gigabit Ethernet Alliance отвечает на него утвердительно на том

основании, что эта технология использует тот же формат кадров, тот же метод

доступа к среде передачи CSMA/CD, те же механизмы контроля потоков и те же

управляющие объекты, все же Gigabit Ethernet отличается от Fast Ethernet

больше, чем Fast Ethernet от Ethernet. (К тому же, например, Hewlett-

Packard полагает, что он имеет больше сходства со 100VG-AnyLAN, чем с Fast

Ethernet.) В частности, если для Ethernet было характерно разнообразие

поддерживаемых сред передачи, что давало повод говорить о том, что он может

работать хоть по колючей проволоке, то в Gigabit Ethernet волоконно-

оптические кабели становятся доминирующей средой передачи (это, конечно,

далеко не единственное отличие, но с остальными мы подробнее познакомимся

ниже). Кроме того, Gigabit Ethernet ставит несравнимо более сложные

технические задачи и предъявляет гораздо более высокие требования к

качеству проводки. Иными словами, он гораздо менее универсален, чем его

предшественники.

Стандартизация Gigabit Ethernet.

Институт IEEE, вероятнее всего, примет решение о переносе даты выпуска

стандарта 802.3z Gigabit Ethernet Task Force. Его ратификация вначале была

намечена на март, но нерешенные вопросы физического уровня, похоже,

заставят перенести утверждение стандарта на июнь текущего года. «Это

решение заставит наиболее консервативную часть потребителей отложить

приобретение подобных продуктов, которые в любом случае еще не готовы выйти

на этот рынок», - считает Джон Армстронг, аналитик компании Dataquest. По

его словам, набор характеристик Gigabit Ethernet будет утвержден во втором

квартале 1997 года, поэтому серьезных вопросов с интероперабельностью не

возникнет.

Основные трудности при использовании Gigabit Ethernet связаны с

возникновением дифференциальной задержки сигналов (differential mode delay,

DMD) в многомодовых волоконных кабелях. Эта задержка появляется при

использовании некоторых комбинаций многомодового волокна и лазерных диодов,

применяемых для ускорения передачи данных по волоконному кабелю. В

результате возникают нарушения синхронизации (своего рода дрожание)

сигнала, ограничивающие максимальное расстояние, на которое могут

передаваться данные по Gigabit Ethernet.

Компания Cisco Systems намерена решить вопросы физического уровня путем

замены в своих недавно анонсированных аппаратных системах преобразователей

гигабитного интерфейса. Таким образом, для настройки аппаратуры на

спецификации окончательного стандарта не потребуется вносить никаких

внутренних изменений. «В худшем случае изменения коснутся только реализации

физического уровня, - заявляет Джеф Моссман, системный инженер Cisco. - Для

этого будет достаточно замены конвертера гигабитного интерфейса».

Патрик Гуай, старший менеджер 3Com, заявил, что его компания гарантирует

соответствие своих продуктов окончательному стандарту Gigabit Ethernet.

Потребители, купившие системы Gigabit Ethernet компании 3Com до ратификации

стандарта, при необходимости смогут модернизировать их совершенно

бесплатно. «Это очень похоже на гарантию, которую мы давали нашим

потребителям в случае перехода на 56-килобитную технологию модемов, -

сказал Гуай. - Мы абсолютно уверены в направлении развития стандарта, так

что легко можем дать такую гарантию». Единственный серьезный вопрос, пока

остающийся нерешенным для Gigabit Ethernet, по словам Гуая, - это

возможность использования неэкранированной витой пары. Но поскольку, по его

мнению, эта технология еще не скоро дойдет до уровня настольных систем,

пользователи не пострадают от данного недостатка новой технологии.

Мелинда Лебарон, аналитик компании Gartner Group, советует потребителям,

которые уже работают с Gigabit Ethernet, обратиться к производителям

систем, которыми они пользуются, по поводу возможности внесения изменений

на физическом уровне. Тем, кто только предполагает использовать Gigabit

Ethernet, но пока не заключил договор с каким-либо определенным

производителем, следует выяснить подобные планы у всех потенциальных

поставщиков.

СТАНДАРТЫ GIGABIT ETHERNET

Основные усилия рабочей группы IEEE 802.3z направлены на определение

физических стандартов для Gigabit Ethernet. За основу она взяла стандарт

ANSI X3T11 Fibre Channel, точнее, два его нижних подуровня: FC-0 (интерфейс

и среда передачи) и FC-1 (кодирование и декодирование). Зависимая от

физической среды спецификация Fibre Channel определяет в настоящее время

скорость 1,062 гигабод в секунду. В Gigabit Ethernet она была увеличена до

1,25 гигабод в секунду. С учетом кодирования по схеме 8B/10B мы получаем

скорость передачи данных в 1 Гбит/с.

Спецификация Gigabit Ethernet изначально предусматривала три среды

передачи: одномодовый и многомодовый оптический кабель с длинноволновыми

лазерами 1000BaseLX для длинных магистралей для зданий и комплексов зданий,

многомодовый оптический кабель с коротковолновыми лазерами 1000BaseSX для

недорогих коротких магистралей, симметричный экранированный короткий 150-

омный медный кабель 1000BaseCX для межсоединения оборудования в аппаратных

и серверных.

Однако в настоящее время четырехпарная 100-омная проводка Категории 5

является наиболее распространенной кабельной системой во всем мире.

Учитывая это, бюро по стандартам IEEE удовлетворило в марте 1997 г. запрос

на создание отдельного комитета по разработке стандарта физического уровня

1000BaseT для четырехпарных кабелей с неэкранированными витыми парами

Категории 5 длиной 100 м (т. е. для сетей с диаметром 200 м, как и в

100BaseT). Эта группа получила наименование 803.2ab. Данный стандарт будет

опираться на иную схему кодирования, нежели Fibre Channel, и, вероятнее

всего, появится на год позже, чем остальные три стандарта.

|ТАБЛИЦА 1 | | | |

|- | | | |

|СТАНДАРТЫ | | | |

|И | | | |

|ПРИЛОЖЕНИЯ| | | |

|Интерфейс |Тип кабеля |Максимальная |Типичные |

|физическог| |протяженность (в |приложения |

|о уровня | |скобках диаметр | |

| | |волокна) | |

|1000BaseSX|Многомодовый кабель с |220 м (62,5 мкм); |Короткие |

| |коротковолновым лазером |500 м (50 мкм) |магистрали |

| |(850 нм) | | |

|1000BaseLX|Многомодовый и |Многомодовый: 550 м|Короткие |

| |одномодовый кабель с |(62,5 мкм);550 м |магистрали |

| |длинноволновым лазером |(50 мкм) |Территориальные |

| |(1300 нм) |Одномодовый: 5 км |магистрали |

| | |(9 мкм) | |

|1000BaseCX|Короткий медный кабель |25 м |Межсоединение |

| |(STP/коаксиал) | |оборудования в |

| | | |монтажном шкафу |

|1000BaseT |4-парный |100 м |Горизонтальные |

| |неэкранированный | |трассы |

| |Категории 5 | | |

Все четыре стандарта отличаются покрываемыми расстояниями и планируемыми

применениями (см. Таблицу 1).

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАДЕРЖКА

Первоначальная дата принятия стандарта (март 1998 г.) была перенесена

комитетом IEEE 802.3z на более поздний срок, когда была обнаружена проблема

дифференциальной задержки (Differential Mode Delay, DMD). Она проявляется

только при определенных комбинациях излучателей (лазеров) и многомодового

оптического кабеля невысокого качества и не свойственна менее скоростным

технологиям.

Эффект дифференциальной задержки состоит в том, что один излучаемый

лазером импульс света возбуждает несколько мод в многомодовом волокне. Эти

моды, или пути распространения света, могут иметь разную длину и разную

задержку. В результате при распространении по волокну отдельный импульс

может даже разделиться на несколько импульсов, а последовательные импульсы

могут накладываться друг на друга, так что исходные данные будет невозможно

остановить.

Такая рассинхронизация (jitter) встречается все же довольно часто,

поэтому 802.3z Task Force и отложила принятие стандарта. Предложенное

решение заключается в том, что световой сигнал источника формируется

предварительно специальным образом, а именно свет от лазера распределяется

равномерно по диаметру волокна, в результате чего он больше напоминает свет

от светоизлучающего диода. Цель подобной процедуры состоит в более

равномерном распределении энергии сигнала между всеми модами.

РАСШИРЕНИЕ НЕСУЩЕЙ

Один из ключевых вопросов для Gigabit Ethernet - это максимальный размер

сети. При переходе от Ethernet к Fast Ethernet сохранение минимального

размера кадра привело к уменьшению диаметра сети с 2 км для 10BaseT до 200

м для 100BaseT. Однако перенос без изменения всех отличительных

составляющих Ethernet - минимального размера кадра, времени обнаружения

коллизии (или кванта времени - time slot) и CSMA/CD - на Gigabit Ethernet

обернулся бы сокращением диаметра сети до 20 м. Очевидно, что в этом случае

станции в разделяемой сети оказались бы в буквальном смысле "на коротком

поводке", поэтому рабочий комитет 802.3z предложил увеличить время

обнаружения коллизии с тем, чтобы сохранить прежний диаметр сети в 200 м.

Такое переопределение подуровня MAC необходимо для Gigabit Ethernet, иначе

отстоящие друг от друга на расстоянии 200 м станции не смогут обнаружить

конфликт, когда они обе одновременно передают кадр длиной 64 байт.

Предложенное решение было названо расширением несущей (carrier

extension). Суть его в следующем. Если сетевой адаптер или порт Gigabit

Ethernet передает кадр длиной менее 512 байт, то он посылает вслед за ним

биты расширения несущей, т. е. время обнаружения конфликта увеличивается.

Если за время передачи кадра и расширения несущей отправитель зафиксирует

коллизию, то он реагирует традиционным образом: подает сигнал затора (jam

signal) и применяет механизм отката (back-off algorithm).

Очевидно, однако, что если все станции (узлы) передают кадры минимальной

длины (64 байт), то реальное повышение производительности составит всего

12,5% (125 Мбит/с вместо 100 Мбит/с). Мы выбрали худший вариант, но даже с

учетом того, что средняя длина кадра составляет на практике 200-500 байт,

пропускная способность возрастет всего лишь до 300-400 Мбит/с. Конечно, за-

частую и такого повышения достаточно, но все же подобное решение очень уж

неэффективно.

С целью повышения эффективности Gigabit Ethernet комитет предложил метод

пакетной передачи кадров (к сожалению, термин "пакетная передача", как

обычно переводится на русский язык английское понятие "bursting", может

привести к путанице, так как он подразумевает передачу серии кадров подряд,

а не протокольный блок данных третьего уровня (пакет)). В соответствии с

этим методом короткие кадры накапливаются и передаются вместе. Передающая

станция заполняет интервал между кадрами битами расширения несущей, поэтому

другие станции будут воздерживаться от передачи, пока она не освободит

линию.

Проведенное AMD моделирование показывает, что в полудуплексной топологии

с коллизиями сеть Gigabit Ethernet позволяет достичь пропускной способности

720 Мбит/с при полной нагрузки сети (см. Рисунок 2). Тем не менее подобные

ухищрения (расширение несущей и пакетная передача кадров) свидетельствуют о

том, что метод доступа к среде CSMA/CD в его теперешнем виде себя

практически изжил.

Естественно, такие нововведения необходимы только для полудуплексного

режима, так как для полнодуплексной передачи CSMA/CD не нужен.

Действительно, в полнодуплескном режиме данные передаются и принимаются по

разным путям, так что ждать завершения приема для начала передачи не

требуется. Таким образом, в полнодуплескной топологии без коллизий реальная

пропускная способность может превзойти указанный 72-процентный барьер и

приблизиться к теоретическому максимуму в 2 Гбит/с.

БУФЕРНЫЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ

Одним из способов обойти ограничения, связанные с расширением несущей,

является использование так называемых буферных распределителей. Этот новый

класс устройств (иногда их еще называют полнодуплексными повторителями)

представляет собой нечто среднее между повторителем и коммутатором.

Все порты гигабитного буферного распределителя работают в полнодуплексном

режиме и задействуют механизмы контроля потоков, определенные стандартом

IEEE 802.3х. Как обычный повторитель Ethernet, он передает поступивший кадр

на все свои порты; как и коммутатор Ethernet, способен принимать кадры на

нескольких портах одновременно, при этом поступившие кадры помещаются в

буферы. При заполнении буферов распределитель задействует механизмы

управления потоками для информирования передающего узла о необходимости

приостановить передачу. Такой подход позволяет достичь близкой к

номинальной пропускной способности в разделяемом сегменте Gigabit Ethernet.

МЕХАНИЗМЫ КОНТРОЛЯ ПОТОКОВ

Механизмы контроля потоков определяются стандартом 802.3х, и, в принципе,

их использование необязательно. Суть их в следующем. Если принимающая

станция (узел) на одном конце прямого соединения оказывается перегружена,

то она отправляет передающей станции так называемый "кадр приостановки

передачи" (pause frame) с просьбой отказаться от передачи кадров на

определенный промежуток времени. В результате передающая станция

останавливает передачу данных на указанный промежуток времени. Однако

принимающая станция может отправить кадр с нулевым временем ожидания с тем,

что отправитель возобновил передачу.

ОСНОВНЫЕ ПРИЛОЖЕНИЯ

Очевидно, что первоначально Gigabit Ethernet будет использоваться для

увеличения пропускной способности каналов между коммутаторами и соединений

между коммутаторами и серверами, о чем свидетельствует и тот факт, что

среди первых продуктов для Gigabit Ethernet оказались именно гигабитные

модули для коммутаторов и сетевые платы для серверов.

Соединение коммутаторов Fast Ethernet по Gigabit Ethernet позволяет резко

поднять пропускную способность магистрали вашей локальной сети и

поддерживать в результате большее число как коммутируемых, так и

разделяемых сегментов Fast Ethernet. Установка сетевой платы Gigabit

Ethernet на сервер дает возможность расширить канал с сервером и таким

образом увеличить производительность пользователей мощных рабочих станций.

Среди других потенциальных применений - модернизация локальной магистрали

Fast Ethernet и территориальной магистрали FDDI. В последнем случае,

например, все, что нужно сделать, - это установить новые интерфейсные

модули в маршрутизаторы, коммутаторы или концентраторы (в зависимости от

того, как организована сеть FDDI), а саму проводку менять не нужно.

Наконец, высокопроизводительные рабочие станции можно будет подключать к

концентраторам (если таковые появятся), буферным распределителям и

коммутаторам.

Гигабитное оборудование

Размышляя о закупке коммутатора для Gigabit Ethernet, следует в первую

очередь обращать внимание на календарные планы поставок разных

производителей, среди которых есть новички (вроде Alteon Networks, Extreme

Networks, Foun-dry Networks, Packet Engines и Prominet) и крупные,

устоявшиеся игроки (3Com, Bay Networks, Cabletron, Cisco Systems).

Главное с технической точки зрения - чтобы коммутатор имел пропускную

способность физического носителя (wire-speed throughput) на всех

интерфейсах и чтобы его шина могла поддерживать работу всех портов с полной

загрузкой. Некоторые коммутаторы - например, Ace-Switch компании Alteon -

легко перегружаются.

Коммутатор Ace-Switch имеет восемь портов на 10/100 Мбит/с и два порта

Gigabit Ethernet, однако пропускная способность его шины - всего 2,5

Гбит/с. "Поэтому емкость устройства практически полностью исчерпывается при

подключении к нему двух гигабитных каналов", - говорит пользователь Gigabit

Ethernet Стив Льюис, сетевой администратор компании DynCorp.

Необходимо также выяснить, масштабируется ли сеть на большое число

коммутаторов, считает Джеймин Патель, руководитель подразделения деловой

инфраструктуры консультативной компании Predictive Systems.

"Покупатели должны задавать целый ряд вопросов, - говорит Патель. -

Поддерживаются ли запасные каналы связи между коммутаторами? Возможна ли

балансировка нагрузки при использовании нескольких каналов связи между

коммутаторами? Каким образом можно связывать между собой отдельные участки

гигабитной сети в пределах кампуса?"

Покупателя может заинтересовать и то, поддерживается ли в устройстве

коммутация третьего уровня. "Многие коммутаторы Gigabit Ethernet старшего

класса выпускаются со встроенными функциями коммутации третьего уровня;

таким образом, можно одним выстрелом убить двух зайцев", - говорит Мак-

Аскилл.

Компании, подобные Rapid City Communications (недавно приобретена Bay),

Extreme и Foundry, обеспечивают

коммутацию на скорости физического носителя и маршрутизацию на каждом

порту. Однако некоторые производители - например, Pro-minet - пока не

сумели встроить в свои изделия функции коммутации третьего уровня.

Несомненно, стоит ознакомиться и с тем, как поддерживаются основные

функции коммутатора – виртуальные LAN, зеркальное отображение портов,

многоадресная рассылка, а также ограничения на поддерживаемое пространство

MAC-адресов. Кроме того, необходимо проверить, можно ли подключить

коммутатор к магистрали АТМ, - на тот случай, если в будущем понадобится

совместно использовать эти технологии.

А как насчет поддержки QoS и протокола RSVP (Resource Reservation

Protocol) в коммутаторах для Gigabit Ethernet? По мнению аналитиков, об

этом говорить пока рано. "RSVP позволяет только запрашивать полосу

пропускания; никто не гарантирует, что сеть сможет выполнить этот запрос

или хотя бы отреагировать на него", - утверждает Мак-Аскилл. К тому же,

стандарты в данной области появятся нескоро. Internet Engineering Task

Force пытается установить соответствие между запросами RSVP и QoS стандарта

ATM, что позволит объединять сети с передачей ячеек и пакетов и

предоставлять единые услуги. "Однако до этого еще далеко", - говорит он.

Тот, кому требуется QoS прямо сейчас, должен обратить внимание на АТМ.

Работа над стандартом Gigabit Ethernet будет закончена только в 1998 г.,

поэтому покупателю остается либо надеяться на то, что оборудование разных

производителей окажется совместимым, либо просто покупать все у одного

производителя. В любом случае стоит спросить у производителя, можно ли

будет модифицировать его продукты таким образом, чтобы они поддерживали

окончательную версию стандарта.

Где и как применять Gigabit Ethernet

Стандарт Gigabit Ethernet (GE) появился в подходящее время. Поскольку

коммутирующие устройства для сетей Ethernet с пропускной способностью 10 и

Страницы: 1, 2, 3, 4