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 100 Мбит/с уже получили достаточно широкое распространение, стандарт Ethernet на 1 Гбит/с можно считать следующим, вполне своевременным шагом. Однако Gigabit Ethernet не является простым расширением хорошо знакомого стандарта Ethernet. Хотя GE-устройства должны легко встраиваться в существующие сети и быть простыми в использовании и управлении, они также должны выдерживать большие нагрузки, а следовательно, иметь повышенную надежность.
Ниже кратко описаны типы продуктов для Gigabit Ethernet, которые появятся на рынке к середине 1997 г. , и те особенности, на которые пользователям следует обратить внимание при оценке таких продуктов. Для передачи данных с гигабитными скоростями будут выпущены продукты пяти типов: сетевой адаптер (network interface card - NIC) Gigabit Ethernet, соединяющие Ethernet-сегменты со скоростями 100 Мбит/с и 1 Гбит/с, полностью гигабитные коммутаторы и ретрансляторы, а также маршрутизаторы, способные на такое быстродействие. При модернизации серверов и рабочих станций для перехода на гигабитные скорости от пользователей потребуется тщательный выбор сетевого адаптера. При скорости 1 Гбит/с ЦП не сможет поддерживать пропускную способность сети, если NIC не обладает интеллектуальными функциями взаимодействия с хост-машиной. Это относится также и к GE-интерфейсам маршрутизаторов и коммутаторов меньшей мощности.
Традиционно производительность рабочей станции зависит от архитектуры ее шины и памяти, а также от рабочей частоты ЦП. Компьютеры с 32-разрядной шиной PCI могут передавать пакетный трафик со скоростью 1 Гбит/с, тогда как 64-разрядная шина PCI обеспечивает вдвое большую пропускную способность (2 Гбит/с). Таким образом, повышение скорости работы шины является основным фактором готовности к переходу на гигабитные скорости. Однако при такой скорости ЦП системы может легко израсходовать все 100% ресурсов на организацию передачи данных между приложениями и сетью, а на выполнение самих приложений или других задач операционной системы вычислительной мощности не останется. Стандарт Gigabit Ethernet требует использования адаптеров третьего поколения со встроенными RISC-процессорами, выполняющими интеллектуальные функции выгрузки, присущие конкретному хосту.
Поступающие данные направляются непосредственно из сети в области памяти сервера, которые сразу же становятся доступными для приложений. Это исключает многократные прерывания в процессе копирования пакетов.
Такие сетевые адаптеры могут вызывать единственное прерывание ЦП для многих пакетов данных. Тем самым радикально изменяется отношение числа пакетов к числу прерываний и решаются проблемы масштабируемости, присущие более старым конструкциям. Это позволяет повысить не только пропускную
способность, но и эффективность работы приложений за счет высвобождения ресурсов ЦП. Кроме того, для таких адаптеров отношение числа пакетов к числу прерываний может быть задано пользователем или установлено автоматически. Это позволяет реализовать“адаптивные”прерывания, частота которых может меняться в зависимости от загрузки сети. Интеллектуальные адаптеры Gigabit Ethernet будут оценивать загрузку сети, чтобы определить, какой метод и когда использовать.
Самые первые коммутирующие продукты распределятся по двум очевидным направлениям: некоторые из них будут просто предоставлять GE-порты, другие обрабатывать интенсивный трафик внутренними средствами.
Другими словами, часть продуктов будет просто объединять несколько портов Fast Ethernet в единый интерфейс Gigabit Ethernet и, следовательно, потребует пропускной способности всего в несколько сотен Мбит/c. К ним, в основном, будут относиться модернизированные продукты Fast Ehternet, и их разумнее всего разворачивать на периферии гигабитного ядра. Другие коммутирующие продукты будут предназначены для поддержки гигабитной пропускной способности нескольких портов.
Роль коммутатора Gigabit Ethernet существенно отличается от роли подобных коммутаторов на 10 или 100 Мбит/с. Когда по магистрали локальной сети устремляются гигабитные потоки трафика, состоящего из смеси данных, графики, голоса и видео, магистральные коммутаторы должны обладать высоким уровнем функциональности. Управление трафиком, контроль перегрузок и обеспечение качества сервиса (quality-of-service - QoS), которые до недавнего времени были уделом АТМ, теперь становятся заботой Gigabit Ethernet.
В некоторых GE-коммутаторах полоса пропускания будет распеределяться по очень простому алгоритму, за счет чего резко снизится стоимость так называемых“толстых”каналов и появится возможность реорганизовать сети с небольшими затратами, чтобы удовлетворить большую часть требований со стороны трафика. В других устройствах будут реализованы возможности улучшения QoS и сокращения объема широковещательной передачи на основе предложенных стандартов Real-time Transfer Protocol и Resource Reservation Protocol .
Перед внедрением GE-коммутаторов потребуется провести их дополнительное тестирование, в результате которого должны быть получены гарантии, что они совместимы с имеющимся оборудованием третьего уровня и позволяют обеспечить простоту конфигурирования и управляемость сети. Выбор более простого подхода к обеспечению широкополосности может стать тактическим ходом. Однако со временем коммутаторы Gigabit
Ethernet должны объединить в себе технологии управления трафиком на основе стандартов и коммутацию транспортного уровня, чтобы получить возможность соответствовать требованиям, предъявляемым к большим сетям. Разница между коммутаторами Gigabit Ethernet транспортного уровня с функциями QoS и АТМ-коммутаторами (а также между самими гигабитными коммутаторами) будет достаточно значительной. Пользователям придется выбирать, оснастить ли каждый узел сети возможностью интеллектуальной обработки трафика и процессором высокой производительности или спроектировать эту сеть так, чтобы решить большую часть проблем только за счет увеличения пропускной способности.
Поэтому для модернизации сети до уровня Gigabit Ethernet, несложной с точки зрения использования имеющихся систем Ethernet, требуется тщательный учет различных аспектов.
Gigabit Ethernet на UTP
На январском совещании рабочей группы было решено запросить разрешение на начало нового проекта, нацеленного на передачу сигналов с гигабитными скоростями по неэкранированной витой паре (unshielded twisted pair - UTP). В качестве среды передачи данных предложено использовать кабель пятой категории на неэкранированной витой паре (ISO 11801), по которому можно передавать данные на расстояния до 100 м.
Неэкранированный кабель пятой категории, содержащий четыре пары проводов, является наиболее распространенным типом кабельной проводки -примерно в половине установленных локальных сетей применяется именно он. Предполагается, что для передачи данных со скоростью 1000 Мбит/с по кабелю, рассчитанному на работу при частотах не выше 100 МГц, будут использованы последние достижения полупроводниковой технологии и цифровой обработки сигнала; это необходимо для кодировки сигнала и балансировки линии.
Проблемы Gigabit Ethernet.
Вы наверняка наслышаны о следующем поколении Ethernet, технологии Gigabit Ethernet, обещающей сверхвысокую производительность для корпоративных сетей. Возможно, вы также в курсе, что сети Gigabit Ethernet появятся очень скоро, и все будут использовать только их, что поможет решить большинство ваших основных проблем с сетями.
По всей видимости, многие производители хотят, чтобы картина была именно такой. Но на самом деле технология Gigabit Ethernet не появится в ближайшее время. Информация об уже существующих готовых продуктах воспринимается весьма скептически. Да и круг проблем, которые технологии предстоит решить, весьма ограничен, по крайней мере в этом десятилетии.
Некоторые производители в своих рекламных проспектах и пресс-релизах уверяют, что пользоваться этой технологией будет легче легкого, так как она представляет собой тот же Ethernet, хотя и значительно более мощный. Однако, работая в условиях напряженной загрузки сетей будущего, Gigabit Ethernet должен значительно превосходить по своим функциональным возможностям традиционный Ethernet. Простого количественного роста недостаточно. Gigabit Ethernet, например, придется работать с чувствительным к задержкам информационным потоком, да и вообще с такими типами трафика, которые сейчас трудно себе представить.
Когда же на самом деле мы получим технологию Gigabit Ethernet? Первые, я подчеркиваю, первые стандарты могут появиться не раньше 1998 года. Но сейчас мы даже не знаем, какие правила передачи данных тогда будут действовать. Мы не знаем также, какие ограничения на расстояния будут актуальны к тому времени. К тому же в последний раз, когда я интересовалась этим вопросом, общепринятые стандарты на кабельную проводку для локальных сетей не предусматривали передачи данных со скоростью большей, чем 100 Мбит/с.
Даже если первые технологические стандарты появятся к 1998 году, пройдет еще много времени, прежде чем будет выработан полный комплект стандартов. Уже более 80 придирчивых компаний состоит на данный момент в сообществе Gigabit Ethernet Alliance. Можете себе представить, как быстро им удастся прийти к какому-либо решению.
Предсказания быстрого распространения технологий совершенно голословны. В одном заявлении, взятом на вооружение энтузиастами всего нового, говорится, что 80% сетевых администраторов планирует перейти на Gigabit Ethernet. Звучит впечатляюще, но надо заметить, что опрос проводился среди 40 крупнейших компаний (остальные опрашиваемые представляли сетевых интеграторов). Опыт мне подсказывает, что лидирующие компании поддержат любое начинание. Это вовсе не означает, что технология действительно лучше, чем другие. Это не означает также, что компания собирается заниматься данной технологией. Какие же проблемы может решить Gigabit Ethernet? Вероятно, если возникнет необходимость объединить несколько коммутаторов Fast Ethernet, эта технология будет как нельзя кстати. Однако сложные проблемы, с которыми многим организациям предстоит встретиться в ближайшие пять лет, выходят далеко за рамки обеспечения более широких каналов при объединении коммутаторов Fast Ethernet. В таких новых областях, как корпоративные сети, а также видео- и голосовые локальные сети, необходимо наличие системы, умеющей обращаться с множеством типов и непредсказуемыми моделями трафика.
Уже сегодня существует технология ATM (Asynchronous Transfer Mode - режим асинхронной передачи данных), способная решить подобные проблемы. Зачем же ждать, пока устаревающий Ethernet будет пересмотрен, переработан и переименован?
