Распечатать

LAN № 4, 2005

Ethernet вчера и сегодня

12 апреля 2005

LAN № 4, 2005

Ethernet вчера и сегодня

Технология Ethernet продолжает свое триумфальное шествие от рабочего стола до операторских сетей.

Термин «Ethernet» впервые был введен 1976 г. Робертом Меткалфом в статье «Ethernet: технология распределенной коммутации пакетов для локальных вычислительных сетей». Однако этому предшествовали многочисленные эксперименты в исследовательском центре Xerox в Пало Альто, где была построена экспериментальная сеть со скоростью передачи 2,94 Мбит/с — прообраз Ethernet.

В начале 1980 г. Xerox, DEC и Intel представили разработку, которая спустя три года воплотилась в стандарте IEEE 802.3, в результате чего Ethernet превратилась в открытую технологию. IEEE неоднократно дорабатывал спецификации Ethernet. Переход на недорогую неэкранированную «витую пару» породил новую разновидность Ethernet — 10BaseT, а применение волоконно-оптического кабеля для удаленных коммуникаций потребовало создания спецификации 10BaseF (до 2 км). Недорогим методом повышения производительности сети стала коммутация (см. Рисунок 1). Быстрая эволюция привела к созданию спецификаций с поддержкой скорости 100 Мбит/с (Fast Ethernet) по двум (100BaseTX) и четырем (100BaseT4) медным витым парам на расстоянии до 100 м, оптическому волокну (100BaseFX) на дальних расстояниях, а вскоре появились гигабитные версии для оптики и меди.

В 1993 г. в качестве альтернативы Fast Ethernet компании AT&T и HP предприняли попытку создания 100VG-AnyLAN — расширения 100BaseT, объединяющего поддержку Ethernet и Token Ring. Двумя годами позже 100VG-AnyLAN даже получила статус стандарта IEEE 802.12. В противовес принятому в Ethernet методу случайного доступа CSMA/ CD в ней были определены метод доступа Demand Priority и новая схема квартетного кодирования (Quartet Coding) с избыточным кодом 5В/6В. Эта технология отвечала требованиям приложений с гарантированным временем реакции сети, но испытания временем она не выдержала.

Надежды на широкое внедрение в локальных сетях других технологий с более высоким качеством обслуживания по сравнению с Ethernet, таких, как ATM, не оправдались, — простота, распространенность и низкая стоимость Ethernet оказались более привлекательным фактором. К 1997 г. на ее долю приходилось более 80\% локальных сетей, она поддерживалась во всех популярных на тот момент стеках протоколов — TCP/IP, IPX и DECNet.

Коммутаторы (см. Рисунок 2) используются сегодня на всех уровнях сети, обеспечивая взаимодействие компьютеров в рабочих группах, их соединение с сетью и коммуникации между отдельными сетями. Современные коммутаторы поддерживают разнообразные дополнительные функции, в том числе определение приоритетов трафика, регулирование качества обслуживания (QoS), управления сетью и безопасность.

Потребность в подключении локальной сети к распределенной корпоративной сети или к Internet и в объединении нескольких локальных сетей привела к появлению маршрутизаторов (см. Рисунок 3). В функции маршрутизаторов входило принятие решения по выбору маршрута доставки пакетов, в том числе на основании различных параметров (загруженность, стоимость маршрута и т. д.). В современных маршрутизаторах применяется сложная аппаратная и программная технология, а два десятилетия разработки позволили создать оборудование, с помощью которого можно строить сети на базе протокола IP любого масштаба. Так что маршрутизаторы по праву составляют основу глобальной сети Internet. Насчитывающая уже более чем 30-летнюю историю технология Ethernet сегодня завоевывает новые позиции. Изначально предназначавшаяся для локальных сетей, она вытеснила из них таких конкурентов, как ARCNet и Token Ring, и сегодня ее доля приближается к 100\%. Хотя оборудование Fast Ethernet все еще составляет основную инсталлированную базу (порядка 80\%), все активнее идет процесс перехода к гигабитным скоростям. Поставщики активного и пассивного сетевого оборудования для локальных сетей концентрируют свое внимание на продуктах «гигабит до рабочего стола».

Благодаря повышению скорости и качества услуг, Ethernet распространяется на смежные области — сети хранения данных, распределенные корпоративные и городские сети (Metro Ethernet), глобальные сети и сети доступа, что позволяет снизить стоимость предоставления услуг передачи голоса, видео и данных. Она становится основой конвергентных сетей нового поколения и применяется для прозрачного соединения удаленных офисов (L2 VPN, Ethernet over SDH). Стандарты IEEE, где определяются методы приоритезации трафика, назначения тегов, управления пропускной способностью, быстрой реконфигурации и резервирования ресурсов сети, позволяют обеспечить гарантированную доставку пакетов для критичных ко времени приложений.

Принятие стандарта 10 Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ae) в 2002 г. способствовало дальнейшей экспансии Ethernet в городские и глобальные сети, внедрению этой технологии «операторского уровня» в корпоративных сетях (о развитии стандартов Ethernet подробнее рассказывается в статье Ханса Лакнера «Стандарты для меди и оптики» в этом номере «Журнала сетевых решений/LAN»). Ethernet широко используется в промышленных приложениях и для передачи голосовых потоков, а на уровне глобальных сетей является эффективной технологией доставки трафика IP. Поддержка большим числом производителей ведет к удешевлению оборудования Ethernet.

.................



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Классическая технология Ethernet не задумывалась как технология транспортных сетей. Ей были свойственны такие недостатки, как разделяемая среда с эффективным использованием 60—70\% пропускной способности из-за коллизий, негарантированное качество, отсутствие механизмов приоритезации. Однако, став стандартом де-факто в локальных сетях, Ethernet все активнее захватывает смежные области.

В настоящее время коммутаторы (если это не самые дешевые устройства) поддерживают приоритезацию (IEEE 802.1p), виртуальные сети (VLAN, 802.1q), Spanning Tree (IEEE 802.1d). На сетевом уровне добавились возможности MPLS. В последние годы идет неуклонный процесс проникновения Ethernet в операторские сети. Считается, что, когда объемы трафика IP в глобальной сети приближаются к 80\%, использование Ethernet становится обоснованным и технически, и экономически.

Аналитики In-Stat/MDR предсказывают быстрый рост продаж такого оборудования, как маршрутизаторы видео (Gigabit Ethernet Video Router), необходимые, прежде всего, для предоставления услуг цифрового телевидения. К 2009 г. данный рынок может вырасти с 63 до 930 млн долларов. Эти маршрутизаторы поддерживают развитые методы сжатия видео и позволяют развертывать конвергентные сети IP для реализации услуг, выходящих за рамки Triple Play, включая HDTV, вставку местной рекламы и программ, «игры по запросу». По мнению Кирилла Терлекчиева, главы представительства компании MRV Communications в России, наиболее актуальной и интересной темой в области операторских решений Ethernet являются технологии MPLS и VPLS. Услуги виртуальных частных локальных сетей (Virtual Private LAN Services, VPLS) или VPN второго уровня позволяют объединять распределенные локальные сети с прозрачной передачей пакетов Ethernet по операторской сети. С помощью технологии VPLS операторы могут предлагать заказчикам широкий спектр прибыльных услуг при небольших начальных затратах и хорошо масштабируется.

Как отмечает Максим Медведев, директор по продукции представительства ZyXEL, в России происходит переход от магистральных сетей ATM к IP, что влечет замену ATM DSLAM на IP DSLAM, а с внедрением новых услуг, таких, как передача голоса и видео по IP, этот процесс становится по сути неизбежным. Тенденцией также является увеличение плотности портов и отказоустойчивости оборудования доступа. Триумфальное шествие Ethernet от рабочего стола до операторских сетей будет продолжаться. Много когда-то передовых идей к ануло в Лету, а Ethernet был и остается, поэтому компания, стремящаяся обеспечить себе будущее на сетевом рынке, должна серьезно заниматься этой технологией, считает он.

В последние годы на Ethernet возлагаются не свойственные ей ранее задачи. Доступность и относительная дешевизна оборудования Ethernet делают ее привлекательным решением по сравнению с многочисленными стандартами промышленных сетей. Она превращается в основу следующего поколения сетей промышленной автоматики и сетей управления зданиями, интегрированных с информационными сетями.

Над снижением стоимости и энергопотребления устройств Ethernet продолжает работать Intel, используя для этого последние разработки в архитектуре устройств и достижения в области производства. Устройства Ethernet, производимые по методике процесса 90 нм, имеют в два раза меньшие размеры и потребляют в три раза меньше мощности, чем аналогичные устройства, изготовленные по технологии 130 нм. Совершенствование микросхем коммутаторов GbE позволило достичь более детерминированной пропускной способности на скорости среды передачи, свести к минимуму задержки, добиться высокой скорости коммутации второго уровня, маршрутизации третьего уровня, классификации и фильтрации уровней со второго по седьмой.

Как считает Александр Гольцов, технический директор компании «Энвижн Груп», технология Ethernet будет использоваться еще очень долго, хотя бы в силу огромной базы инсталлированного оборудования. Кроме того, она не требует кардинальной модернизации при добавлении новых возможностей, поэтому предприятия могут задействовать разные компоненты и постепенно обновлять свои сети, чтобы они отвечали требованиям новых приложений.

По мнению Льва Бокштейна, бурное развитие Ethernet было обусловлено тем, что варианты Ethernet, начиная со 100BaseX, базировались на физическом уровне уже существующих и хорошо проработанных технологий. Так, в Fast Ethernet использованы некоторые элементы FDDI, в Gigabit Ethernet — Fibre Channel, в 10GbE — OC-192 (хотя последнее справедливо лишь отчасти, поэтому стандарт разрабатывался более трех лет). Готовых решений больше нет, однако прогресс на этом не остановится. Следующим шагом в развитии Ethernet могут стать решения со скоростью обмена данными до 40 Гбит/с, однако некоторые эксперты считают, что следует ожидать перехода к 2009 г. сразу к 100 Гбит/с.

В представлении самого Роберта Меткалфа, потенциал Ethernet позволяет развивать эту технологию во всех направлениях (up, down, over и across). Это означает увеличение скорости Ethernet, его распространения на еще не охваченные сетями компьютеры и микропроцессорные устройства, внедрение в беспроводных сетях Wi-Fi и WiMax, использование Ethernet в качестве связующего звена между локальными и глобальными сетями. «Операторский Ethernet» приведет, по его мнению, к постепенному вымиранию T-1 и SONET/SDH как устаревающих технологий. Заказчики смогут получить намного более дешевую пропускную способность и значительно более высокие скорости.