Література
План лекції
Лекція №9. Технологія Gigabit Ethernet
1. Загальна характеристика.
2. Структура рівнів Gigabit Ethernet.
3. Засоби забезпечення збільшеного діаметра мережі.
4. Специфікації фізичного середовища.
5. Gigabit Ethernet на витій парі категорії 5.
1. Антонов В. М. Сучасні комп’ютерні мережі / Валерій Миколайович Антонов. – К. : МК-Прес, 2005. – 480 с.
2. Бройдо В. Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности "Прикладная информатика" и "Информационные системы в экономике" / В. Л. Бройдо, О. П. Ильина. – 3-е изд. – Москва [и др.]: Питер, 2008. – 765 с.: ил., табл.; 24 см.
3. Валецька Т. М. Комп'ютерні мережі. Апаратні засоби: навч. посіб. для студ. вищ. навч. закл. / Тетяна Михайлівна Валецька. – К. : Центр навчальної літератури, 2004. – 208 с.
4. Гук М. Аппаратные средства локальных сетей. Энциклопедия : [Наиболее полн. и подроб. рук.] / Михаил Гук. – СПб. : Питер, 2000.– 572 с.
5. Жуков І. А. Комп’ютерні мережі та технології: навч. посіб. для студ. вищих навч. закл. / Жуков І. А., Гуменюк В. О., Альтман І. Є.. – К. : НАУ, 2004. – 276 с. – (Комп'ютерні технології).
6. Компьютеры, сети, Интернет: Энциклопедия: Наиболее полн. и подроб. рук. / Ю. Новиков, Д. Новиков, А. Черепанов, В. Чуркин; Под общ. ред. Ю. Новикова. – 2. изд. – М. [ и др.]: Питер, 2003 (СПб.: ГПП Печ. Двор им. А.М. Горького). – 831 с.: ил.; 24 см.
7. Новиков Ю. В. Локальные сети: Архитектура, алгоритмы, проектирование / Новиков Ю. В., Кондратенко С. В. – М.: ЭКОМ, 2002. – 311 с.: ил.; 23 см. – (Современные компьютерные технологии).
8. Оглтри Т. В. Модернизация и ремонт сетей / Терри Оглтри ; [пер. с англ. И. В. Берштейна и др.]. – 4-е изд. – М. [и др.]: Вильямс, 2005 (ГПП Печ. Двор). – 1321 с.: ил.; 24 см. – (Библиотека Скотта Мюллера).
9. Олифер В. Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы [Текст]: учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по направлению "Информатика и вычислительная техника" и по специальностям "Вычислительные машины, комплексы, системы и сети", "Автоматизированные машины, комплексы, системы и сети", "Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем" / В. Олифер, Н. Олифер. – 4-е изд. – Москва [и др.]: Питер, 2010. – 943 с.: ил.; 24 см. – (Учебник для вузов).
10. Олифер В. Г. Новые технологии и оборудование IP-сетей / Виктор Олифер, Наталья Олифер. – СПб. и др.: BHV, 2000. – 512 с.: ил., табл.; 24 см. – (Мастер) (Современные сетевые технологии).
11. Таненбаум Э. Компьютерные сети / Э. Таненбаум ; [пер. с англ. В. Шрага]. – 4-е изд. – М. [и др.]: Питер, 2005. – 991 с.: ил., табл.; 24 см. – (Классика computer science).
12. Ретана А. Принципы проектирования корпоративных IP-сетей: Основополагающие принципы построения масштабируемых IP-сетей: Экзамен на получение квалификации сертифиц. специалиста по межсетевому обмену CISCO / Альваро Ретана, Дон Слайс, Расс Уайт; [Пер. с англ. и ред. А.В. Журавлева]. – М. [и др.]: Вильямс, 2002. – 367 с.: ил.; 24 см. – (Сертифицированный специалист по межсетевому обмену CISCO).
13. Руководство по технологиям объединенных сетей: [настол. справ. специалиста по сетевым технологиям] / Cisco Systems, Inc. ; [пер. с англ. и ред. А.Н. Крикуна]. – 4-е изд. – М. [и др.]: Вильямс, 2005 (СПб.: ГПП Печ. Двор). – 1033 с.: ил., табл.; 24 см.
14. Уилсон Э. Мониторинг и анализ сетей. Методы выявления неисправностей / Эд Уилсон; [Пер. с англ.]
Досить швидко після появи на ринку продуктів Fast Ethernet мережні інтегратори й адміністратори відчули певні обмеження при побудові корпоративних мереж. У багатьох випадках сервери, підключені по 100-мегабітному каналі, перевантажували магістралі мереж, які працюють також на швидкості 100 Мбіт/с — магістралі FDDI і Fast Ethernet. Відчувалася потреба в наступному рівні ієрархії швидкостей. У 1995 році більш високий рівень швидкості могли дати тільки комутатори АТМ, а при відсутності в той час зручних засобів міграції цієї технології в локальні мережі (хоча специфікація LAN Emulation — LANE була прийнята на початку 1995 року, практична її реалізація була скоріше) впроваджувати їх у локальну мережу майже ніхто не зважувався. Крім того, технологія АТМ відрізнялася дуже високим рівнем вартості.
Тому логічним був наступний крок, зроблений ІЕЕЕ — через 5 місяців після остаточного прийняття стандарту Fast Ethernet у червні 1995 року дослідницькій групі по вивченню високошвидкісних технологій IEEE було запропоновано зайнятися розглядом можливості розробки стандарту Ethernet із ще більш високою бітовою швидкістю.
Улітку 1996 року було оголошено про створення групи 802.3z для розробки протоколу, максимально подібного до Ethernet, але з бітовою швидкістю 1000 Мбіт/с. Як і у випадку Fast Ethernet, повідомлення було сприйнято прихильниками Ethernet з великим ентузіазмом.
Основною причиною ентузіазму була перспектива такого ж плавного переведення магістралей мереж на Gigabit Ethernet, подібно тому, як були переведені на Fast Ethernet перевантажені сегменти Ethernet, розташовані на нижніх рівнях ієрархії мережі. До того ж досвід передачі даних на гігабітних швидкостях уже був, як у територіальних мережах (технологія SDH), так і в локальних — технологія Fibre Channel, що використовується в основному для підключення високошвидкісної периферії до великих комп'ютерів і передає дані по волоконно-оптичному кабелі зі швидкістю, яка близька до гігабітної, за допомогою надлишкового коду 8В/10В.
В створений для узгодження зусиль у цій області Gigabit Ethernet Alliance із самого початку ввійшли такі флагмани галузі, як Bay Networks, Cisco Systems і 3Com. За рік свого існування кількість учасників Gigabit Ethernet Alliance істотно виросла і нараховує зараз більш 100. В якості першого варіанту фізичного рівня був прийнятий рівень технології Fiber Channel, з її кодом 8В/10В (як і у випадку Fast Ethernet, коли для прискорення робіт був прийнятий відпрацьований фізичний рівень FDDI).
Перша версія стандарту була розглянута в січні 1997 року, а остаточно стандарт 802.3z був прийнятий 29 червня 1998 року на засіданні комітету IEEE 802.3. Роботи з реалізації Gigabit Ethernet на витій парі категорії 5 були передані спеціальному комітету 802.3аb, який вже розглянув кілька варіантів проекту цього стандарту, причому з липня 1998 року проект отримав досить стабільний характер. Остаточне прийняття стандарту 802.3аb очікувалося у вересні 1999 року.
Не чекаючи прийняття стандарту, деякі компанії випустили перше устаткування Gigabit Ethernet на оптоволоконному кабелі вже до літа 1997 року.
Основна ідея розробників стандарту Gigabit Ethernet полягає в максимальному збереженні ідей класичної технології Ethernet при досягненні бітової швидкості в 1000 Мбіт/с.
Так як при розробці нової технології природно очікувати деяких технічних новинок, які рухаються у загальному руслі розвитку мережних технологій, то важливо відзначити, що Gigabit Ethernet, так само як і його менш швидкісні побратими, на рівні протоколу не підтримує:
• якість обслуговування;
• надлишкові зв'язки;
• тестування працездатності вузлів і устаткування (в останньому випадку — за винятком тестування зв'язку порт-порт, як це робиться для Ethernet l0Base-T і l0Base-F і Fast Ethernet).
Всі три названих властивості вважаються дуже перспективними і корисними в сучасних мережах, а особливо в мережах найближчого майбутнього. Чому ж автори Gigabit Ethernet відмовляються від них?
З приводу якості обслуговування коротко можна відповісти так: «сила є — розуму не треба». Якщо магістраль мережі буде працювати зі швидкістю, яка в 20 000 разів буде перевищувати середню швидкість мережної активності клієнтського комп'ютера і у 100 разів перевищувати середню мережну активність сервера з мережним адаптером 100 Мбіт/с, то про затримки пакетах на магістралі в багатьох випадках можна не піклуватися взагалі. При невеликому коефіцієнті завантаження магістралі 1000 Мбіт/с черги в комутаторах Gigabit Ethernet будуть невеликими, а час буферизації і комутації на такій швидкості складає навіть долю мікросекунд.
Ну а якщо все-таки магістраль завантажиться на достатню величину, то пріоритет чуттєвому до затримок чи вимогливому до середньої швидкості трафіку можна надати за допомогою техніки пріоритетів у комутаторах — відповідні стандарти для комутаторів уже прийняті. Зате можна буде користуватися дуже простою (майже як Ethernet) технологією, принципи роботи якої відомі практично всім мережним фахівцям.
Головна ідея розробників технології Gigabit Ethernet полягає в тому, що існує і буде існувати дуже багато мереж, у яких висока швидкість магістралі і можливість призначення пакетам пріоритетів у комутаторах будуть цілком достатні для забезпечення якості транспортного обслуговування всіх клієнтів мережі. І тільки в тих рідкісних випадках, коли і магістраль досить завантажена, і вимоги до якості обслуговування дуже великі, потрібно застосовувати технологію АТМ, що дійсно за рахунок високої технічної складності дає гарантії якості обслуговування для всіх основних видів трафіка.
Надлишкові зв'язки і тестування устаткування не будуть підтримуватися технологією Gigabit Ethernet через те, що з цими задачами добре справляються протоколи більш високих рівнів, наприклад Spanning Tree, протоколи маршрутизації і т.п. Тому розробники технологій вирішили, що нижній рівень просто повинен швидко передавати дані, а більш складні і ті що рідко зустрічаються задачі (наприклад, пріоритезація трафіка) повинні передаватися верхнім рівням.
Що ж загального є в технології Gigabit Ethernet у порівнянні з технологіями Ethernet і Fast Ethernet?
• Зберігаються усі формати кадрів Ethernet.
• Як і раніше будуть існувати напівдуплексна версія протоколу, яка підтримує метод доступу CSMA/CD, і повнодуплексна версія, що працює з комутаторами. Щодо збереження напівдуплексної версії протоколу сумніви були ще в розробників Fast Ethernet, так як складно змусити працювати алгоритм CSMA/CD на високих швидкостях. Однак метод доступу залишився незмінним у технології Fast Ethernet, і його вирішили залишити в новій технології Gigabit Ethernet. Збереження недорогого рішення для поділюваних середовищ дозволить застосувати Gigabit Ethernet у невеликих робочих групах, що мають швидкі сервери і робочі станції.
• Підтримуються всі основні види кабелів, які використовувалися у Ethernet і Fast Ethernet: волоконно-оптичний, вита пара категорії 5, коаксіал.
Тим не менше розробникам технології Gigabit Ethernet для збереження приведених вище властивостей довелося внести зміни не тільки у фізичний рівень, як це було у випадку Fast Ethernet, але й у рівень MAC.
Перед розробниками стандарту Gigabit Ethernet стояло декілька проблем, які важко розв'язуються . Однієї з них була задача забезпечення прийнятного діаметра мережі для напівдуплексного режиму роботи. У зв'язку з обмеженнями, що накладаються методом CSMA/CD на довжину кабелю, версія Gigabit Ethernet для поділюваного середовища допускала би довжину сегмента всього в 25 метрів при збереженні розміру кадрів і всіх параметрів методу CSMA/CD незмінними. Так як існує велика кількість можливостей, коли потрібно підвищити діаметр мережі хоча б до 200 метрів, необхідно було якимсь чином вирішити цю задачу за рахунок мінімальних змін у технології Fast Ethernet.
Другою складною задачею було досягнення бітової швидкості 1000 Мбіт/с на основних типах кабелів. Навіть для оптоволокна досягнення такої швидкості має деякі проблеми, так як технологія Fibre Channel, фізичний рівень якої був взятий за основу для оптоволоконної версії Gigabit Ethernet, забезпечує швидкість передачі даних усього в 800 Мбіт/с (бітова швидкість на лінії дорівнює в цьому випадку приблизно 1000 Мбіт/с, але при методі кодування 8В/10В корисна бітова швидкість на 25 % менша швидкості імпульсів на лінії).
І нарешті, найскладніша задача — підтримка кабелю на витій парі. Така задача на перший погляд здається нерозв'язною — адже навіть для 100-мегабітних протоколів довелося використовувати досить складні методи кодування, щоб вкласти спектр сигналу в смугу пропускання кабелю. Однак успіхи фахівців по кодуванню, які проявилися останнім часом у нових стандартах модемів, показали, що задача має шанси на рішення. Щоб не гальмувати прийняття основної версії стандарту Gigabit Ethernet, що використовує оптоволокно і коаксіал, був створений окремий комітет 802.3аb, який займається розробкою стандарту Gigabit Ethernet на витій парі категорії 5.
Всі ці задачі були успішно вирішені.
