Однако все это требовало новых медных или оптоволоконных кабелей, поддерживающих более быструю передачу сигналов. Ни один из них не опирается на огромное количество витой пары пятой категории, которая была проложена для сетей Fast Ethernet. В течение года потребность была заполнена благодаря 1000Base-T, и с тех пор это остается наиболее популярной формой Gigabit Ethernet. Очевидно, людям не очень нравится заново прокладывать кабели в своих зданиях.
Для того чтобы сеть Ethernet могла работать на проводах пятой категории со скоростью 1000 Мбит/с, требуется более сложная схема передачи сигналов. Во-первых, используются все четыре витые пары в кабеле; каждая пересылает данные одновременно в обоих направлениях, применяя цифровую обработку сигналов для их разделения. Для обеспечения скорости 125 Мсимволов/с в каждом проводе применяется пять уровней напряжения, которые переносят по 2 бита. Схема создания символов из бит не так проста. Она включает шифрование (для безопасной передачи) и код исправления ошибок, в котором четыре значения внедряются в пять сигнальных уровней.
1 Гбит/с — это довольно много. Например, если приемник отвлечется на какое-то дело в течение 1 мс и при этом забудет или не успеет освободить буфер, это означает, что он проспит примерно 1953 кадра. Может быть и другая ситуация: один компьютер выдает данные по гигабитной сети, а другой принимает их по классическому Ethernet. Вероятно, первый быстро завалит данными второго. В первую очередь, переполнится буфер обмена. Исходя из этого, было принято решение о внедрении в систему Gigabit Ethernet контроля потока. Для реализации контроля потока одна из сторон посылает служебный кадр, сообщающий о том, что второй стороне необходимо приостановиться на некоторое время. Служебные кадры PAUSE — это, на самом деле, обычные кадры Ethernet, в поле Type которых записано 0х8808. Продолжительность паузы определяется в единицах времени передачи минимального кадра. Для Gigabit Ethernet такая единица равна 512 нс, а паузы могут длиться до 33,6 мс.
Вместе с Gigabit Ethernet было добавлено и еще одно расширение. Джамбо-па-кеты (Jumbo frames) допускают кадры длиной более 1500 байт, обычно до 9 Кбайт. Это расширение защищено патентом. Оно не определяется в стандарте, потому что в противном случае Ethernet уже не будет совместим с предыдущими версиями. Тем не менее большинство производителей его все же поддерживают. Обоснование таково, что 1500 байт — это слишком маленькая единица информации на гигабитных скоростях. Манипулируя большими блоками информации, можно уменьшить частоту пересылки кадров и снизить нагрузку из-за необходимой обработки (например, не придется прерывать процессор, чтобы сообщить о прибытии кадра, или разбивать и заново соединять сообщения, не поместившиеся в одном кадре Ethernet).
4.3.7. 10-гигабитный Ethernet
Gigbit Ethernet был стандартизован, и комитет 802 заскучал. Тогда IEEE предложил ему начать работу над 10-Gigbit Ethernet (10-гигабитным Ethernet). Работа шла по тому же принципу, что и раньше, при стандартизации предыдущих версий Ethernet. Первые стандарты для оптоволоконного и экранированного медного кабеля появились в 2002 и 2004 годах, а стандарт для медной витой пары последовал в 2006 году.
10 Гбит/с — это поистине колоссальная скорость. В 1000 раз быстрее первоначального стандарта Ethernet! Где она может понадобиться? Ответ скрывается в дата-центрах и точках обмена трафиком с высококлассными маршрутизаторами, коммутаторами и серверами, а также в сильно загруженных магистральных каналах, соединяющих офисы компаний в разных городах. Весь город можно охватить единой сетью на базе оптоволокна и Ethernet. Такие длинные связи используют оптическое волокно, тогда как более короткие связи можно выполнять с помощью медных кабелей.
Все версии 10-Gigbit Ethernet поддерживают только полнодуплексную передачу данных. CSMA/CD больше не является частью архитектуры, и стандарты фокусируются на деталях физического уровня, которые обеспечивают такую высокую скорость. Однако совместимость не потеряла своего значения, поэтому интерфейсы 10-Gigabit Ethernet выполняют автоматическое согласование скорости и выбирают максимально возможное значение для обоих концов линии.
Основные типы 10-Gigbit Ethernet перечислены в табл. 4.4. На средних расстояниях применяется многомодовое волокно с длиной волны 0,85 мкм, а на больших расстояниях — одномодовое волокно с длиной волны 1,3 и 1,5 мкм. Сеть 10GBase-ER может охватывать до 40 км, что хорошо подходит для глобальных приложений. Все эти версии отправляют последовательный поток информации, которая получается путем смешивания бит данных и кодирования 64B/66B. Такое кодирование требует меньше накладных расходов, чем 8B/10B.
Таблица 4.4. Кабели 10-Gigbit Ethernet
Версия, определенная первой, 10GBase-CX4, работает на базе кабелей с четырьмя парами биаксиального медного провода. В каждой паре используется кодирование 8B/10B, они работают на скорости 3,125 Гсимволов/с, обеспечивая скорость передачи данных 10 Гбит/с. Эта версия дешевле волоконной и первой вышла на рынок, однако еще непонятно, сумеет ли она вытеснить с рынка 10-Gigbit Ethernet на базе витой пары.
10GBase-T — это версия, работающая на неэкранированной витой паре. Несмотря на то что официально она требует прокладки кабеля категории 6а, пока что можно использовать и более старые категории (включая пятую), то есть уже проложенные во множестве зданий по всему миру кабели. Неудивительно, что для достижения скорости 10 Гбит/с на витой паре огромные старания приходится приложить физическому уровню. Мы взглянем только на самые общие особенности. Каждая из четырех витых пар используется для пересылки данных в обоих направлениях на скорости 2500 Мбит/с. Это достигается за счет скорости пересылки сигналов 800 Мсимволов/с на 16 уровнях напряжения. Символы создаются путем перемешивания данных, применения кода LDPC (Low Density Parity Check) и последующего кодирования для исправления ошибок.
Различные варианты 10-Gigbit Ethernet еще не поделили рынок, а комитет 802.3 уже идет дальше. В конце 2007 года IEEE создала группу по стандартизации сетей Ethernet, работающих на скоростях 40 и 100 Гбит/с. Такой рывок позволит Ethernet стать серьезным соперником альтернативным технологиям в таких областях, требующих высокой производительности, как междугородные соединения в магистральных сетях и короткие соединения по системным платам устройств. Описание стандарта еще не завершено, однако определенные патентованные продукты уже доступны.
4.3.8. Ретроспектива Ethernet
Ethernet существует вот уже 30 лет, и никаких серьезных конкурентов за это время не появилось. Похоже, и в ближайшее время не появятся. Очень немногие микропроцессорные архитектуры, операционные системы и языки программирования могут похвастаться таким долгим и уверенным лидерством. Вероятно, Ethernet чем-то очень выгодно отличается от всех остальных систем. Чем же?
Возможно, основной причиной столь длительного успеха является простота и гибкость системы. Простота в данном случае означает, прежде всего, надежность, невысокую цену и легкость обслуживания. С тех пор как признание получили архитектуры на базе концентраторов и коммутаторов, чисто технические поломки стали чрезвычайно редки. Человек так устроен, что он с трудом может отказаться от чего-либо, что хорошо работает, в пользу чего-то другого. Нужно принять во внимание и тот факт, что огромное количество кое-как собранной компьютерной аппаратуры работает не слишком надежно. Именно по этой причине так называемые «апгрейды» часто дают результат, ровно противоположный ожидаемому. Бывает так, что системы после них работают не лучше, а даже хуже.
Вторая причина популярности Ethernet — это низкая цена. Витая пара сравнительно недорога, так же как аппаратные компоненты. Затрат может потребовать, например. переход на новые платы Gigabit Ethernet или коммутаторы, но это всего лишь дополнения к существующей сети (а не замена всего имеющегося оборудования), к тому же оптовые цены значительно выгоднее розничных.
