Высокоскоростные сети

актуальным при переходе сетей FR на SVC.

Логическая характеристика LMI

Интерфейс LMI соответствует логической и процедурной характеристикам

базового стандарта FR. Различие состоит в расширении заголовка кадра FR с

целью размещения дополнительных полей стандарта LMI, поэтому в дальнейшем

расширенный кадр FR мы будем называть кадром LMI. Его базовый формат

представлен на рис. 4 и включает в себя (кроме флагов и проверочной

последовательности) следующие элементы.

| |8|7|6|5|4|3|2|1|Назначение |

|1|0|1|1|1|1|1|1|0|Флаг |

|2|0|0|0|0|0|0|0|0|Заголовок: DCLCI=0, CR=0 |

|3|0|0|0|0|0|0|0|1|DE=0, FECN=0, DECN=0 |

|4|0|0|0|0|0|0|1|1|Индикатор ненумерованного кадра |

|5|0|0|0|0|1|0|0|0|Определитель протокола |

|6|0|0|0|0|0|0|0|0|Вызываемый номер (только для |

| | | | | | | | | |SVC) |

|7| | | | | | | | |Тип сообщения |

|8| | | | | | | | |Первый информационный элемент |

|9| | | | | | | | | |

|1| | | | | | | | | |

|0| | | | | | | | | |

|1| | | | | | | | | |

|1| | | | | | | | | |

|1| | | | | | | | | |

|2| | | | | | | | | |

|1| | | | | | | | | |

|3| | | | | | | | | |

| |.| | | | | | | |... |

| |.| | | | | | | | |

| |.| | | | | | | | |

| | | | | | | | | |N-й информационный элемент |

| | | | | | | | | |Проверочная последовательность |

| |0|1|1|1|1|1|1|0|Флаг |

Рисунок 4. Базовый формат кадра LMI.

Заголовок. Им служит стандартный заголовок FR, в котором адрес DLCI

всегда имеет значение "0", показывающее, что это - кадр LMI.

Индикатор ненумерованного кадра. Данное поле всегда кодируют как

"00000011", чтобы обеспечить процедурную и логическую совместимость с ISDN.

Определитель протокола. Этот октет всегда устанавливается в "00001000",

чем обеспечивается процедурная и логическая совместимость с ISDN.

Вызываемый номер. Октет зарезервирован для организации SVC. При создании

PVC он кодируется "00000000".

Тип сообщения. Данный октет предназначен для идентификации типа

управляющего сообщения, передаваемого через интерфейс LMI. В настоящее

время стандартизированы три типа управляющих сообщений - "Запрос

установления соединения", "Запрос разъединения" и "Смешанное сообщение".

Первые два типа относятся к SVC, а последний - к PVC. В этом октете восьмой

бит всегда устанавливается в "0", а биты 7...5 - "111", что указывает на

смешанное сообщение. Как кодируются остальные биты, показано на рис. 5.

|Тип сообщения |8|7|6|5|4|3|2|1|

|Смешанные |0|1|1|1|-|-|-|-|

|сообщения | | | | | | | | |

|Состояние |0|1|1|1|1|1|0|1|

|Запрос |0|1|1|1|0|1|0|1|

|состояния | | | | | | | | |

Рисунок 5. Кодирование поля "Тип сообщения" кадра LMI для смешанных

сообщений.

Информационные элементы. На них отводятся один или несколько октетов в

пределах кадра LMI, т. е. информационные элементы имеют переменную длину.

Процедурная характеристика LMI

LMI предусматривает три стратегии локального управления:

синхронное симплексное управление (ССУ);

синхронное дуплексное управление (СДУ);

асинхронное управление (АУ).

Синхронное симплексное управление. Для осуществления ССУ используются два

типа сообщений: "Запрос состояния" (STATUS ENQUIRY) и "Состояние" (STATUS).

С помощью этих сообщений LMI проверяет целостность соединения, уведомляет о

включении или выключении, а также о готовности PVC.

Синхронное дуплексное управление. При использовании ССУ ответственность

за генерацию сообщения "Запрос состояния" лежит полностью на ООД, а за

генерацию сообщения "Состояние" - на АКД. Такая процедура приемлема для

многих приложений, однако предпочтительнее, чтобы каждая из сторон

интерфейса LMI могла обеспечивать требуемые для противоположной стороны

параметры и коэффициент готовности.

СДУ - необязательная часть стандарта FR, которая может использоваться

только при заключении соглашения между сторонами (абонент-сеть). СДУ

отличается от ССУ только одним: сообщения "Запрос состояния" и "Состояние"

имеют право передавать обе стороны интерфейса (рис. 9). При СДУ обе стороны

интерфейса FR передают сообщение "Запрос состояния" через определенный

временной интервал (T391), "требуют" ответа - сообщения "Состояние" (T392),

а также запрашивают информацию о полном состоянии (N391).

Асинхронное управление. Главным недостатком ССУ и СДУ является

потенциальная задержка информирования ООД (или АКД) об изменениях сетевых

PVC. Например, при задержке, равной 60 с, и CIR 64 кбит/с пользователь

направит в сеть приблизительно 3,5 Mбит данных, прежде чем получит

информацию о состоянии PVC.

Стратегия АУ позволяет при изменении состояния PVC сети FR сразу

передавать стандартные сообщения "Запрос состояния" и "Состояние". Эти

сообщения содержат информацию только об отдельных PVC, которые изменили

свое состояние. Проверка целостности соединения также основана на генерации

последовательности специальных пронумерованных кадров и проверке

корректности ее передачи. АУ может осуществляться совместно с ССУ и СДУ,

однако если в сети FR применяются одновременно SVC и PVC, то рекомендуется

использовать только АУ.

Некоторые дополнения

На первый взгляд, ретрансляция кадров является достаточно простым

механизмом информационного обмена, но при более глубоком анализе

оказывается чрезвычайно сложной. FR присущи практически все проблемы,

связанные с обеспечением надежности и качества передачи сигналов

(физический уровень ЭМВОС). При ее осуществлении необходимо обеспечивать

синхронизацию и защиту от ошибок, которые, несмотря на высокое качество

линий и каналов связи (это одно из основных условий применения FR), могут

возникать в случае сбоев в работе аппаратно-программных средств связи.

Современный стандарт frame relay (FR) описывает протокол и интерфейс

"пользователь-сеть" (ИПС) только для постоянных виртуальных каналов (ПВК),

поэтому в основном используется в сетях со статическими методами и

способами маршрутизации информационных потоков. Вместе с тем при создании

глобальной широкополосной FR-сети, в которой будут применяться

коммутируемые виртуальные каналы (КВК) и динамическое управление потоками

информации, возникает необходимость объединения существующих корпоративных

и локальных FR-сетей. Такая интеграция требует единого подхода к

"философии" функционирования КВК и разработке стандарта интерфейса "сеть-

сеть" (ИСС). В настоящее время разработкой и исследованием этого стандарта

активно занимаются консорциум Frame Relay Forum (FRF), Американский

национальный институт стандартизации (ANSI) и Международный союз

электросвязи (МСЭ).

ИСС - это интерфейс (шлюз), основным назначением которого является

обеспечение эффективного взаимодействия нескольких FR-сетей в рамках

глобальной FR-сети с целью высококачественного обслуживания (с высокой

вероятностью обслуживания заявки абонентов) пользователей при ведении ими

информационного обмена. Следовательно, ИСС, в первую очередь, должен

поддерживать высокоскоростную доставку данных, управление информационными

потоками при возникновении перегрузок, сигнализацию и доставку служебной

информации о состоянии канала связи. Проект стандарта FRF на ИСС аналогичен

стандарту на ИПС, но, в отличие от последнего, рассматривает интерфейс

локального управления (LMI) только с асинхронным дуплексным управлением

(АДУ).

Коммутируемые виртуальные каналы

Общепризнанно, что FR становится более эффективным методом доставки

сообщений при условии использования КВК (которые создаются только на период

информационного обмена и "закрываются" сразу после него). Однако реализация

КВК, кажущаяся на первый взгляд простой, представляет собой наиболее

сложную проблему при стандартизации протоколов и интерфейсов FR. Это

связано, в первую очередь, с различными взглядами производителей и

международных организаций на применение КВК в сетях FR. Более того,

существует точка зрения, в соответствии с которой вообще ставится под

сомнение необходимость КВК. Поэтому FRF не принял стандартов на применение

КВК.

Для цифровых сетей с интеграцией услуг был принят только один стандарт

(рекомендация МСЭ Q.933), который описывает системы сигнализации для служб

ретрансляции кадров. FRF согласился лишь с тем, что указанная рекомендация

будет служить основой для будущего стандарта на использование КВК. Однако

она посвящена лишь логической и процедурной характеристикам протокола FR

для КВК в любых FR-сетях (не обязательно в цифровых сетях с интеграцией

услуг).

Поля, используемые в кадре КВК, идентичны полям кадра LMI-процедур - за

исключением полей "Вызываемый номер", "Тип сообщения" и "Информационные

элементы".

Ретрансляция кадров и речевой трафик

Метод ретрансляции кадров разрабатывался как синхронный метод доставки

данных в ISDN (и не только в ISDN). Соответственно, все реализующие этот

метод механизмы и качество обслуживания (QoS) определялись для всех видов

трафика, кроме речевого. Традиционные сети с пакетной коммутацией,

использующие различные способы коммутации пакетов, обычно применяют

низкоскоростные каналы связи и не имеют возможности доставки сообщений,

чувствительных к задержке. Другими словами, для этих сетей характерна

большая часто меняющаяся задержка доставки сообщений.

Известно, что такая задержка обуславливается, с одной стороны, скоростью

коммутации в узле связи (УС), а с другой, пропускной способностью

магистральной линии связи. Значительное снижение задержки может быть

достигнуто за счет применения метода ретрансляции кадров и магистральных

линий связи с высокой пропускной способностью. Таким образом, FR-сеть

способна "транспортировать" чувствительный к задержкам трафик. Но одно дело

- передача трафика данного типа по сети с динамической маршрутизацией, а

другое - обеспечение приемлемого качества обслуживания пользователей.

Среди проблем, связанных с передачей речевого трафика, - необходимость

обеспечения постоянной скорости такой передачи. Вся информация, которая

содержится в оцифрованном по методу импульсно-кодовой модуляции (ИКМ)

речевом сигнале, передаваемом со скоростью 64 кбит/с, важна для

восстановления исходного речевого сообщения на приемной стороне. Однако

разработаны методы, которые дают возможность снизить требования к полосе

пропускания оцифрованного речевого сигнала:

компрессия (сжатие). Благодаря ей можно снизить скорость с 64 до 8 кбит/с

и менее. Во многих известных мультиплексорах реализованы алгоритмы,

позволяющие уменьшить скорость передачи. Нижний предел сжатия речевого

сигнала еще не достигнут, исследования в данной области продолжаются.

Конечно, при увеличении степени компрессии это начинает сказываться на

качестве восстанавливаемого речевого сообщения. Однако человеческое ухо

способно уловить и распознать речь, которая была подвергнута очень сильному

сжатию;

детектирование шума (подавление речевых пауз). Исследования показывают,

что типичная человеческая речь на 60-70% состоит из пауз. Их необходимо

детектировать, чтобы исключить передачу шума через сеть и тем самым

обеспечить высокую эффективность ее функционирования.

Эти и другие методы могут с успехом использоваться при пакетировании

оцифрованных речевых сообщений. В настоящее время проводятся активные

работы по их стандартизации и внедрению в различные службы передачи

речевого трафика в пакетной форме. Большинство проблем стандартизации

связано с "природой" самих сетей с пакетной коммутацией. В первую очередь,

это относится к нумерации пакетов, которая необходима для обеспечения

гарантированной доставки пакетов в их естественной последовательности. Дело

в том, что пакеты могут иметь различные внутрисетевые задержки,

обусловленные всевозможными экстремальными ситуациями в сети - отказами

линий и узлов связи, перегрузками, блокировками и т. п.

ITU-T принял Рекомендацию G.764, которая определяет механизм

сегментирования оцифрованного речевого сигнала и формирования

соответствующих пакетов. Однако этот стандарт не решает многих проблем, к

которым относятся:

детектирование шума с целью снижения объема входного трафика. Необходимо

детализировать процедуры анализа входного речевого трафика, подавления

речевых пауз и передачи синхронизирующих последовательностей для

определения начала и окончания речевых и "неречевых" последовательностей;

нумерация серий пакетов для обеспечения доставки последних в их

естественной последовательности. В случае потери пакета возможно одно из

двух решений: а) повторная передача пакета от источника (что резко повышает

общесетевую задержку); б) передача адресату "паузы" в том месте

последовательности, где должен был находиться утерянный пакет;

задержка при обеспечении синхронизации, цель которой - исключение

нарушений в обслуживании пользователей. Процедура состоит из синхронизации

всех пакетов, при передаче которых каждый УС вносит свою индивидуальную

транзитную задержку. На приемной стороне входящие пакеты накапливаются в

приемном буфере и поступают в ООД с постоянной задержкой.

С Рекомендацией G.764 тесно связана Рекомендация G.727, которая

определяет процедуры обработки речевого сигнала в соответствии с алгоритмом

адаптивной дифференциальной ИКМ (АДИКМ) и вводит понятия "информационных" и

"дополнительных служебных" бит. Рекомендация G.727 устанавливает механизм

разделения "речевого" пакета на составные части, в одной из которых

размещаются информационные биты, а в другой - дополнительные служебные

биты. Целью такого разделения является обеспечение возможности уничтожения

(при необходимости) дополнительных служебных бит при доставке "речевых"

пакетов, что приводит к уменьшению длины последних. А это, в свою очередь,

способствует снижению сетевой нагрузки.

Базовая FR-сеть должна обеспечивать следующее:

требуемое качество обслуживания, что подразумевает малую вероятность

ошибки и предоставление пользователю минимально необходимой пропускной

способности. Сеть должна поддерживать доставку ООД абонентов всех пакетов,

содержащих информационные биты (АДИКМ), при любых условиях

функционирования;

возможность обслуживания пользователей, имеющих различные приоритеты.

Чувствительный к задержке трафик должен иметь наивысший приоритет; при его

передаче аппаратура канала данных (АКД) должна приостанавливать передачу

другого трафика (сообщений, находящихся в выходной очереди). Это важное

свойство сети пока не отражено в международных стандартах и его реализация

полностью зависит от производителей аппаратно-программных средств для FR-

сетей;

специальные процедуры, с помощью которых уничтожаются дополнительные

служебные биты и, одновременно, защищаются информационные биты. Их

использование позволит избежать негативных последствий, связанных с сетевой

перегрузкой, которая снижает качество речевого сообщения;

применение методов подавления речевых пауз и/или компрессии речевого

сигнала (в точках доступа), благодаря которым можно будет минимизировать

объем трафика, передаваемого по сети;

уменьшение максимального размера кадров (наиболее вероятно - до 128

октетов) неречевого трафика. Это позволит избежать появления задержек,

связанных с нахождением в очереди на передачу очень длинных кадров. Однако

это требование противоречит основной цели применения сетей с ретрансляцией

кадров, в соответствии с которой последние выступают в качестве

транспортной среды между отдельными ЛС, использующими, как правило, кадры

больших размеров;

достаточно большую скорость передачи в магистральных линиях связи с целью

уменьшения задержки, связанной с распространением сигналов. Скорость должна

составлять 2,048 Мбит/c и выше.

Если эти условия выполнены (т. е. речевым кадрам действительно

присваивается наивысший приоритет, сеть обеспечивает низкую вероятность

ошибки на бит, а также реализует методы передачи только информационных бит

и удаления дополнительных бит), то существует возможность передачи речевого

трафика через FR-сеть.

FRF принял только один стандарт для FR-сетей, специализирующихся на

передаче речевого трафика. В нем была предпринята попытка "перенесения"

Рекомендации ITU-T G.764, определяющей стандарты для пакетирования речевого

трафика, в стандарты FR. На рис. 8 представлен механизм преобразования

пакета G.764 в кадр FR. Пакет G.764 имеет две части, в первой из которых

размещены информационные биты, а во второй - служебные. Следовательно, этот

пакет может быть "вложен" в два кадра FR, один из которых включает в себя

заголовок кадра и информационные биты, а другой - заголовок кадра и

служебные биты.

АКД всегда будет устанавливать такое значение CIR, при котором кадры с

информационными битами будут гарантированно доставляться через сеть. В

кадрах с дополнительными битами DE (бит, указывающий на то, что при

необходимости данный кадр можно уничтожить) будет всегда устанавливаться в

"1" абонентским оборудованием (в точке доступа к сети). Следовательно,

такие кадры будут восприниматься АКД как не требующие выделения

дополнительного ресурса пропускной способности.

При таком подходе возможна передача речевого трафика через FR-сеть, но

все процедурные детали механизма доставки должны быть заранее оговорены.

Будущее высокоскоростных сетей.

С принятием стандарта Gigabit Ethernet скорости передачи свыше 1 Гбит/с

стали рассматриваться в качестве следующего ориентира. Что же эти новые

технологии могут собой представлять и где они могут применяться?

В последние два года при упоминании в прессе или на компьютерных

выставках слова Ethernet к нему часто добавляли Gigabit. В Ethernet нет

ничего нового, однако достижение этой повсеместно применяемой технологией

гигабитных скоростей ожидалось рынком с нетерпением, так что производители

спешили опередить друг друга в предложении продуктов.

В конце июня 1998 г. Институт инженеров по электротехнике и электронике

(IEEE) ратифицировал стандарт Gigabit Ethernet 802.3z. Данный шаг был

скорее формальностью, поскольку уже более года многие производят модули для

каскадирования и коммутаторы в соответствии с данным стандартом. Между тем

вместо того, чтобы почивать на лаврах после нескольких лет упорной работы

над разработкой высокоскоростного стандарта, сетевая отрасль, похоже, не

желает останавливаться на достигнутом и исследует возможности достижения

скоростей свыше 1 Гбит/с.

Эти "мультигигабитные" технологии Ethernet находятся пока на начальном

этапе своей разработки, поэтому еще рано составлять планы, как лучше

распорядиться дополнительной пропускной способностью. Иными словами, время

звонить местному дистрибьютору и спрашивать у него продукты быстрее Gigabit

Ethernet пока не пришло. Однако мы думаем, что читателю будет

небезынтересно познакомиться с состоянием дел в разработке более быстрых

технологий 802.3 и стоящих на их пути препятствий. Появление подобных

технологий открыло бы новые возможности для территориальных и глобальных

сетей.

КОМУ ЭТО НУЖНО?

Учитывая, что стандарт IEEE 802.3z на Gigabit Ethernet был принят совсем

не давно и что во многих корпоративных сетях только-только начинают

осваиваться гигабитные технологии, возникает пессимистичный, но очевидный

вопрос: кому нужна технология Ethernet со скоростями, превышающими 1

Гбит/с? Очевидно, мультигигабитные скорости необходимы не каждому и не во

всякой сетевой среде, однако, согласно отраслевым экспертам, данные

технологии найдут свое применение.

Дейв Робертс, директор по маркетингу маршрутизирующих коммутаторов

Accelar из компании Bay Networks, считает, что сети Ethernet,

функционирующие с мультигигабитными скоростями, постепенно займут место

Ethernet на 1 Гбит/с. "С увеличением скорости переход будет происходить

естественным образом во многом аналогично тому, как это имело место с

100BaseT и Gigabit Ethernet, — развивает он свою мысль. — Сначала новая

технология применяется в основном на линиях между коммутаторами и в

соединениях с серверами, т. е. там, где совокупные объемы передаваемых

данных велики. По мере снижения стоимости она начинает реализовываться и в

качестве интерфейса с клиентами". Робертс добавил, что технология Ethernet

на 1 Гбит/с распространится на другие области сети помимо линий между

коммутаторами, а мультигигабитная технология может занять место Gigabit

Ethernet на магистрали.

Следующий этап развития Ethernet наступит, когда пользователям

потребуются в магистральной сети скорости передачи данных, превышающие

гигабитные. Кроме того, эта технология может применяться сетевыми

компаниями в их конкурентной борьбе с поставщиками телекоммуникационных

услуг. Этого мнения придерживается Лю Аронсон из лаборатории HP Labs

компании Hewlett-Packard (вместе с другими исследователями он работает над

проектом повышения объема передаваемых данных по существующим волоконно-

оптическим кабелям).

Таким образом, магистральные сети станут первым местом применения

мультигигабитных технологий, когда пропускная способность в 1 Гбит/с

окажется для них недостаточной.

Применение последней из технологий Ethernet ограничивается в основном

территориальными сетями комплекса зданий, но не стоит удивляться, если

будущие версии проникнут за их пределы.

НАБИРАЯ СКОРОСТЬ

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.

ПРОБЛЕМЫ 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.

Эти 1300-нанометровые лазеры намного дороже тех, которые работают на

более коротких длинах волн, но коллектив разработчиков HP считает, что

достижения в области резонаторных поверхностных лазеров (vertical-cavity

surface emitting laser) способны снять проблему высокой стоимости. Между

тем эти исследования только начались, и для достижения результатов

предстоит проделать долгий путь.

«Мы не стремимся конкурировать с телекоммуникационными компаниями в

области дальней связи», — сказал Лемофф. Он пояснил, что HP пытается

создать модуль, стоимость которого примерно эквивалентна стоимости

существующих модулей Gigabit Ethernet. Этот модуль будет иметь

приблизительно тот же размер и позволит применять те же самые разъемы для

многомодового волоконно-оптического кабеля.

«Переход от Gigabit Ethernet к технологии на основе WDM потребует

поэтапного решения нескольких важных технических проблем, — считает

сотрудница лаборатории HP Labs Лайза Бакмэн. — Нам понадобятся оптические

компоненты для объединения и разделения светового сигнала с разной длиной

волны и лазерная технология, отличная от той, что мы сегодня имеем». Она

отметила также, что ее коллектив работает над технологией физического

уровня, использовать которую могли бы любые технологии более высокого

уровня, например Ethernet или ATM.

КАЧЕСТВО УСЛУГ

Если одни производители и пользователи с пониманием и воодушевлением

относятся к перспективе передачи кадров Ethernet со скоростями свыше 1

Гбит/с, то другие имеют на этот счет иное мнение. «Может быть, вместо того,

чтобы тратить время и деньги на разработку технологии следующего поколения,

лучше с максимальной выгодой использовать то, что мы имеем сегодня?» —

спрашивают они. Дуг Руби из компании Lucent тоже задается этим вопросом. В

январе 1998 г. Lucent завершила 200-миллионную сделку по приобретению фирмы

Prominet, пионера в области разработки Gigabit Ethernet. Она стала частью

группы по продуктам для корпоративной инфраструктуры в организации сетевых

систем передачи данных компании Lucent.

«Мне кажется, пока слишком рано говорить, что следующим шагом будет

Ethernet на 10 Гбит/с. Более того, я абсолютно уверен, что следующий шаг

будет иным», — полагает Руби. Он говорит, что при появлении три года назад

технология Fast Ethernet сразу стала пользоваться устойчивым высоким

спросом, однако, если сравнивать с историей Fast Ethernet, Gigabit Ethernet

появился слишком рано, поэтому его пропускной способности хватит еще

надолго. Из-за этого Руби больше волнуют вопросы обеспечения на гигабитных

скоростях качества услуг (Quality of Service, QoS).

«Сегодня стандарты определяют не просто передачу битов по кабелю, а

построение всей коммутационной системы, такой, как ATM, а это уже не просто

физический уровень OC-3, а целый комплекс спецификаций (таких, как

управление потоком данных и маршрутизация), — говорит Руби. — Я считаю, что

Ethernet будет развиваться в том же направлении».

Он добавил, что несмотря на то, что некоторые проблемы качества услуг

можно разрешить в рамках таких стандартов, как IEEE 802.1p (для описания

полей пакетов для задания различных уровней приоритетов) или RSVP (для

запроса у маршрутизатора требуемых ресурсов), они все же не решают всех

проблем. «Мне часто приходится разговаривать с администраторами сетей, но

они затрудняются ответить, сколько они готовы потратить на управление

пропускной способностью в локальной сети, — рассказывает Руби. — Они могут

расходовать немало средств на каналы глобальных сетей, но к локальным сетям

это не имеет отношения». По этой причине качество услуг не обеспечивается

даже в тех территориальных сетях, где используется ATM —все данные там

доставляются по мере возможности. Качество услуг предоставляется обычно на

границе сети — между локальной и глобальной сетью.

Существующие протоколы обеспечения QoS критикуют за то, что они (в

частности, протокол RSVP) недостаточно хорошо масштабируются для

мультимегабитной Ethernet. Вместе с тем Руби считает, что масштабирование —

не проблема. Проблема заключается в том, как заставить приложения сообщать

сети требования к пропускной способности и задержке при передаче.

«Приложения не понимают требований к пропускной способности и задержке и

ничего не знают о реальных возможностях сети, — говорит Руби. —Большинство

администраторов сетей, которых я знаю, с большой настороженностью относятся

к тому, что приложения должны будут обращаться к сети с запросами по поводу

необходимых ресурсов».

Такие протоколы, как RSVP, IEEE 802.1p и 802.1Q (еще один метод задания

меток пакетов в соответствии с приоритетом), позволяют в определенных

ситуациях максимально эффективно использовать имеющуюся пропускную

способность, но Руби также является сторонником управления сетью в

соответствии с правилами. Данная концепция, привлекающая к себе сегодня

немало внимания, позволяет сделать сеть интеллектуальнее — она будет больше

знать о типе передаваемого трафика и о том, куда направляются данные. Руби

говорит, что за счет применения элементов управления, определения

пользователей, групп приложений и сетевых объектов, контроля за

использованием ими сетевых ресурсов имеющейся пропускной способности будет

достаточно для большинства клиентов. «Я убежден, что для решения в

кратчайшие сроки проблемы пропускной способности нам нужно вернуться назад

к вопросам качества услуг, рассмотрев их с точки зрения администраторов

сетей», — полагает Руби.

ЧЕГО НАМ ЖДАТЬ?

Итак, для перехода к мультимегабитным сетям Ethernet еще предстоит решить

немало проблем. Хотя исследования и разработки различных аспектов данной

технологии уже начались, до появления конечного продукта нужно пройти

немалый путь. Теперь, когда IEEE ратифицировал стандарт 802.3z, мы можем

ожидать, что вскоре кто-нибудь предложит создать еще одну рабочую группу

для разработки Ethernet следующего поколения.

Когда отрасль будет иметь лучшее представление о потенциальных способах

использования мультимегабитных сетей Ethernet и о препятствиях на пути к их

созданию, приверженцы Ethernet (даже при появлении более быстрых и

привлекательных технологий) получат еще одну новую возможность.

Небольшая задержка

С переходом технологии Ethernet к скоростям 100 Мбит/с и 1 Гбит/с

разработчики столкнулись с тем, что импульсы лазерного света проходят по

многомодовому оптическому волокну по разным маршрутам. Часть из них следует

по прямой вдоль центральной оси оптического волокна, другие же на своем

пути отражаются от поверхности волокна. Чем большее расстояние проходит

импульс, тем сильнее он размазывается, поскольку для одних импульсов

маршрут оказывается короче, чем для других.

Это явление, получившее название дифференциальной задержки моды

(Differential Mode Delay, DMD), затрудняет прием импульсов на другом конце

кабеля (приемнику труднее их различить). На больших скоростях передачи

данных проблема DMD, характерная для многомодового волоконно-оптического

кабеля из-за его способности поддерживать несколько мод, становится еще

более острой.

Такое явление, как DMD, существовало всегда, но до того, как гигабитные

скорости стали возможными, оно не представляло проблем. «Из-за DMD импульс

света «смазывается» на другом конце многомодового волокна, и принимающему

трансиверу трудно различить импульс, — говорит Дейв Робертс, директор по

маркетингу Accelar компании Bay Networks. — При гигабитных скоростях

импульсы следуют с очень малыми интервалами, и любое «смазывание» приводит

к наложению соседних импульсов». В технологии Fast Ethernet промежуток

между импульсами в десять раз больше, чем в случае Gigabit Ethernet.

Явление DMD возникает не в каждом волокне и не для каждого лазера —

проблема возникает только при определенной комбинации лазера и кабеля. Тем

не менее оно заставило рабочую группу Gigabit Ethernet Task Force

пересмотреть некоторые оптические спецификации стандарта 802.3z.

При увеличении скорости передачи данных в сети Ethernet DMD может

потенциально вызвать немало проблем, поскольку оно характерно для

многомодового кабеля, широко применяемого в современных кабельных системах.

Избежать данной проблемы позволяет использование одномодового волоконно-

оптического кабеля, в котором явление DMD не возникает (однако это очень

дорогостоящее решение), или учет DMD при разработке мультигигабитных

стандартов.

Выводы

До настоящего времени системные администраторы были ограничены в выборе

средств для построения центральных магистралей своих сетей. С появлением

новых технологий возникла другая проблема – что выбрать? Это была серьезная

борьба всех трех стандартов, но в конце концов победил FDDI.

Хотя сегодня FDDI занимает прочное положение на рынке, мы не принимали

это во внимание. До недавнего времени это был действительно единственный

выбор. Он обладает репутацией старой, проверенной технологии. FDDI победил

потому, что он получил хорошие или отличные оценки во всех оцениваемых

категориях.

Решающим фактором в нашем сравнении стала категория надежности, где FDDI

получил высшую оценку. Архитектура двойного кольца позволяет

функционировать системе даже при обрыве кабеля и быстро находить

неисправность. Установка и настройка не вызывает ни каких проблем, да и при

оценке скорости передачи данных он не казался очень медленным. Во время

дневных тестов все три конкурента показывали примерно равные скорости. В

ночных тестах FDDI немного уступал в скорости АТМ. Тем не менее ясно, что

FDDI - заходящая звезда в галактике сетевых технологий и дни ее сочтены.

С другой стороны Fast Ethernet - это восходящая звезда. Эта технология

занимает второе место и очень сильно приближается к FDDI. Fast Ethernet

имеет два преимущества - низкая стоимость популярность ее предшественницы,

технологии Ethernet.

Fast Ethernet доказала свою простоту в установке и хорошо держалась в

скоростных испытаниях против АТМ. В категории стоимости она получила высшую

оценку, правда на удивление близко с ней оказалась и FDDI.

Хотя некоторые поставщики и предлагают свои высоконадежные решения на

базе Fast Ethernet, базовая технология не предусматривает никакого

механизма повышения надежности. Этот недостаток, наряду с тем фактом что

Fast Ethernet не обладает развитыми функциями управлением, привели к тому

что он занял лишь второе место.

155 Мбит/с АТМ технология самая молодая из трех. Настолько новая, что

чернила еще не успели высохнуть на ее спецификациях. (На самом деле это

означает, что не все стандарты еще устоялись, особенно в области технологий

глобальных сетей). Правда, АТМ уже сейчас предлагает самую высокую скорость

передачи данных (155 Мбит/с против 100 Мбит/с у Fast Ethernet ). А в

будущем, возможность очень простой модификации оборудования и скорость

передачи данных до 2.54 Гбит/с если конечно это будет работать.

Как и Fast Ethernet АТМ победила в двух категориях из шести. Но очень

плохие результаты в категории установка и настройка отбросили ее на третье

место. Установить само оборудование не тяжело, но если вы хотите

использовать LANE, то это потребует от вас больших усилий и головной боли,

если вы конечно не любите вводить 40-разрядные адреса. Изощренные функции

управления сетью дают администратору полный контроль над всей сетью и

скоростью передачи данных в ней. Это свойство очень сильно повышает рейтинг

АТМ.

Главное достоинство Gigabit Ethernet состоит, по выражению Джефа Мартина,

менеджера по маркетингу продуктов в Bay Networks и вице-президента по

коммуникациям в Gigabit Ethernet Alliance, "во второй части названия".

"Благодаря использованию кадров Ethernet он выглядит как Ethernet и

представляет расширение того, к чему пользователи давно привыкли".

Стоимость составляет другое достоинство Gigabit Ethernet. Данные о цене

за порт для различных типов систем, включая разделяемый и коммутируемый

Gigabit Ethernet, приводятся обычно на основании информации Dell'Oro Group

и целей IEEE. Согласно этим данным, гигабитные системы имеют весьма

привлекательные цены из расчета около 920 (разделяемый) и 1400

(коммутируемый) долларов за порт по сравнению с коммутируемым FDDI (1850

долларов) и ATM на 622 Мбит/с (2800 долларов).

"Интересно взглянуть на различия в ценах на маршрутизацию и коммутацию, -

говорит Пасмор из Decisys. – Вы сможете получить маршрутизацию по цене

коммутации. ASIC - это ASIC, и производителю изготовление продукта,

"умеющего" осуществлять маршрутизацию на третьем уровне, обойдется во

столько же, что и "не умеющего" это делать. Данное обстоятельство вызовет

большие перемены в отрасли".

Gigabit Ethernet масштабируема и способна обеспечить весьма эффективную

структуру из конца в конец. Кроме того, миграция от существующих сетей к

Gigabit Ethernet относительно проста. (Но это не означает, что Gigabit

Ethernet вписывается без проблем в любую архитектуру, о чем мы поговорим в

разделе об интероперабельности.)

Два фактора оказываются не в пользу Gigabit Ethernet. Во-первых, она

опирается на схему передачи без установления соединения, причем пакеты

имеют переменную длину. Во-вторых, несмотря на то что рабочая группа

802.3ab работает над спецификациями физического интерфейса для UTP

Категории 5 протяженностью 100 м, наиболее вероятной средой передачи для

такой высокоскоростной технологии будет служить оптоволокно, а это означает

более высокие цены на оборудование.

Несмотря на плавность перехода от Ethernet 10/100 к Gigabit Ethernet в

общем случае интероперабельность не является чем-то безусловным.

Производители реализуют технологию каждый по-своему, а это означает, что

некоторые продукты не смогут должным образом взаимодействовать друг с

другом.

Страницы: 1, 2, 3, 4