Скоростные версии Ethernet Fast Ethernet В настоящее время

Скоростные версии Ethernet
Fast Ethernet
В настоящее время различают два типа Еthеrnеt: классический Еthеrnеt (clаssic Еthеrnеt),
который решает проблему множественного доступа, и коммутируемый Еthеrnеt (switchеd Еthеrnеt), в
котором для соединения компьютеров используются коммутаторы.
Классический Еthеrnеt позволяет передавать данные со скоростью 10 Мбит/с, а то время как
коммутируемый Еthеrnеt обеспечивает скорости 100, 1000, 10 000, 40 000 или 100 000 Мбит/с и носит
названия Fаst Еthеrnеt («быстрый Еthеrnеt»), Gigаbit Еthеrnеt («гигабитный Еthеrnеt»), 10G Еthеrnеt
(«10-гигабитный Еthеrnеt»), 40G Еthеrnеt («40-гигабитный Еthеrnеt») и 100G Еthеrnеt («100гигабитный Еthеrnеt»). Не смотря на то, что термин Еthеrnеt используется для описания всех
локальных компьютерных сетей, на практике чаще всего используется только коммутируемый
Еthеrnеt.
Технология Fast Ethernet была стандартизирована осенью 1995 года комитетом IEEE 802.3.
Следует отметить, что Fast Ethernet принята в качестве стандарта 802.3u, который не является
самостоятельным стандартом, а представляет собой дополнение к существующему стандарту.
Технология Fast Ethernet представляет собой расширение стандарта 10 Мбит/с Ethernet с
возможностью передачи и приема данных на скорости 100 Мбит/с, оставаясь при этом в рамках
протокола Ethernet CSMA/CD. Основными достоинствами Fast Ethernet являются:
1. увеличение пропускной способности сегментов сети;
2. сохранение метода случайного доступа Ethernet;
3. сохранение формата кадра, принятого в стандарте IEEE 802.3;
4. сохранение звездообразной топологии сетей и поддержка традиционных сред передачи
данных – витой пары и оптоволоконного кабеля.
Уровни MAC и LLC в Fast Ethernet остались теми же, а все отличия технологий Fast Ethernet и
Ethernet сосредоточены на физическом уровне. Причина этого заключается в том, что организация
физического уровня технологии Fast Ethernet является более сложной, поскольку в ней используются
три варианта кабельных систем:
1. волоконно-оптический многомодовый кабель (два волокна);
2. витая пара категории 5 (две пары);
3. витая пара категории 3 (четыре пары).
Коаксиальный кабель, давший миру первую сеть Ethernet, в число разрешенных сред передачи
данных новой технологии Fast Ethernet не попал.
Сети Fast Ethernet на разделяемой среде имеют иерархическую древовидную структуру,
построенную на концентраторах. Это позволяет протоколу Fast Ethernet работать в дуплексном
режиме, что снимает ограничения на общую длину сети, однако ограничения на длину физических
сегментов, соединяющих соседние устройства (адаптер-коммутатор и коммутатор-коммутатор),
остаются.
Таблица 1 – Варианты реализации технологии Fast Ethernet
Стандарт
IEEE 802.3u
Год выхода
стандарта
1995
Тип
Максимальная
длина сегмента, м
Тип кабеля
100Base-FX
Одномод – 2 000
Многомод – 400
оптоволоконный
100Base-Т
100
UTP/STP cat 5
100Base-Т4
100
UTP/STP cat >= 3
100Base-ТХ
100
UTP/STP cat 5
UTP cat 3,5
IEEE 802.3y
1998
100Base-Т2
100
TIA/EIA-785
2001
100Base-SX
300
IEEE 802.3ah
2004
100Base-LX10
10 000
IEEE 802.3ah
2004
100Base-BX10
10 000
оптоволоконный
Gigabit Ethernet
Технология Gigabit Ethernet была стандартизирована в 1998 году. Основная идея разработчиков
стандарта Gigabit Ethernet состояла в максимальном сохранении идей классической технологии
Ethernet при достижении битовой скорости в 1000 Мбит/с.
В технологии Gigabit Ethernet сохраняются все форматы кадров Ethernet, существует
полудуплексная версия протокола, поддерживающая метод доступа CSMA/CD, что позволяет
применять Gigabit Ethernet в небольших рабочих группах, имеющих быстрые серверы и рабочие
станции, а также поддерживаются все основные виды кабелей, используемых в Ethernet и Fast
Ethernet волоконно-оптический, витая пара категории 5, экранированная витая пара.
Несмотря на то, что в Gigabit Ethernet не стали встраиваться новые функции, обеспечение даже
достаточно простых функций классического стандарта Ethernet на скорости 1 Гбит/с потребовало
решения нескольких сложных задач:
1. Обеспечение приемлемого диаметра сети для работы на разделяемой среде.
2. Достижение битовой скорости 1000 Мбит/с на оптическом кабеле.
3. Использование в качестве кабеля витой пары.
Первоначально Gigabit Ethernet была разработана 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. Однако, в настоящее время
данная технология стала очень популярной и заменила технологию Fast Ethernet в локальных сетях.
Следует отметить, что большинство интерфейсов Gigabit Ethernet совместимы с Ethernet 10 и 100
Мбит/с и часто называются интерфейсами 10/100/1000.
Таблица 2 – Варианты реализации технологии Gigabit Ethernet
Стандарт
IEEE 802.3z
Год выхода
стандарта
1998
Тип
Максимальная
длина сегмента, м
1000Base-LX
Одномод – 5 000
Многомод – 550
1000Base-SX
550
Тип кабеля
оптоволоконный
IEEE 802.3ab
1999
1000Base-T
100
UTP/STP
cat 5,5е,6,7
TIA 854
2001
1000BASE-TX
100
UTP/STP
cat 6,7
IEEE 802.3ah
2004
1000BASE-LX10
1000BASE-BX10
10 000
оптоволоконный
IEEE 802.3ap
2007
1000BASE-KX
1
для объединительной
платы1
10G Ethernet
Технология 10G Ethernet (10GbE) описывается стандартом IEEE 802.3ae, который определяет
полнодуплексную передачу данных со скоростью 10 Гбит/с по волоконно-оптическому кабелю.
Максимальные расстояния передачи зависят от типа применяемого волокна.
Ориентация на оптику заставила прямо указать в стандарте допустимые виды оптического
волокна и алгоритмы передачи. Несмотря на то, что формально протокол Ethernet относится ко
второму уровню эталонной модели OSI, ни один из принятых стандартов Ethernet не обходит
стороной физическую среду передачи.
В архитектуре Ethernet физический уровень (PHYsical layer device, PHY) разделяется на
подуровень, зависящий от среды (Physical Media Dependent, PMD), и кодирующий подуровень
(Physical Coding Sublayer, PCS). Спецификации 802.3ae определяют два физических интерфейса: для
1
В некоторых компьютерных системах компоненты, которые обычно находятся на системной плате,
устанавливаются в плату расширения. В таких компьютерах главная плата с разъемами называется объединительной
платой.
локальных (LAN PHY) и глобальных (WAN PHY) сетей, причем второй фактически является
расширением первого. Оба они используют один и тот же подуровень PMD и, следовательно,
поддерживают одинаковые длины соединений.
10G Ethernet обеспечивается сохранением стандартного протокола MAC, формата Ethernetпакетов 802.3 и диапазона допустимых размеров пакетов, поэтому устройства, соответствующие
данному стандарту, могут взаимодействовать с оборудованием предыдущих разновидностей
Ethernet.
Для 10G Ethernet не предусмотрены повторители, поскольку полудуплексный режим не
поддерживается. Поскольку в технологии 10GbE задействована только полнодуплексная связь, в
режиме CSMA/CD нет необходимости, следовательно, в сетях исключается использование
концентраторов.
Таблица 3 – Варианты реализации технологии 10G Ethernet
Год выхода
Максимальная длина
Стандарт
Тип
Тип кабеля
стандарта
сегмента, м
2003
10GBASE-SR
26-300
2003
10GBASE-LX4
Одномод – 10 000
Многомод – 300
2003
10GBASE-LR
10 000
2003
10GBASE-ER
40 000
2003
10GBASE-SW
2003
10GBASE-LW
2003
10GBASE-EW
IEEE 802.3аk
2004
10GBASE-CX4
15
медный кабель СХ4
IEEE 802.3an
2006
10GBASE-T
100
UTP/STP
cat 6,6a,7
IEEE 802.3aq
2006
10GBASE-LRM
220
оптоволоконный
IEEE 802.3ap
2007
10GBASE-KX4
10GBASE-KR
1
для
объединительной
платы
IEEE 802.3av
2009
10GBASE-PR
20 000
оптоволоконный
IEEE 802.3ае
оптоволоконный
26 – 40 000
40G и 100G Ethernet
40G Ethernet (или 40GbE) и 100G Ethernet (или 100GbE) – стандарты Ethernet, разработанные
группой IEEE Р802.3ba в период с ноября 2007 года по июнь 2010 года. Эти стандарты являются
следующим этапом развития группы стандартов Ethernet, имевших до 2010 года наибольшую
скорость в 10 Гбит/с.
В отличие от ситуации конца 1990-х годов, когда отсутствие скоростных интерфейсов
магистральных маршрутизаторов сдерживало развитие всей сети Интернет, увеличение
транспортных скоростей с 10 до 100 Гбит/с в 2010-х годах в основном мотивировалось
экономическими соображениями.
В стандартах 40/100-гигабитного Ethernet содержится описание нескольких различных
стандартов физического уровня (PHY). Сетевые устройства могут использовать различные типы
PHY путём использования сменных PHY-модулей.
При разработке PHY-части стандарта ставились цели:
1. Сохранить формат кадров Ethernet стандарта 802.3, использующих формат 802.3 MAC.
2. Сохранить минимальные и максимальные размеры кадра (FrameSize), совпадающие с
текущей редакцией стандарта 802.3.
3. Обеспечить скорость передачи данных на уровне MAC в 40 и 100 гигабит в секунду.
4. Обеспечить уровень ошибок не выше 10-12, (то есть не более 1 ошибки в среднем на каждые
12
10 бит).
5. Разработка вариантов уровня PHY для работы через одномодовое оптическое волокно
(SMF), многомодовое оптическое волокно OM3 (MMF), кабели с медными проводниками и через
объединительные платы (backplane).
Стандарт 802.3ba поддерживает только полнодуплексный режим работы.
Таблица 4 – Варианты реализации технологии 40G и 100G Ethernet
Стандарт
IEEE 802.3ba
IEEE
802.3bg
Год
выхода
стандарта
2010
2011
Тип
Скорость
передачи
(Gbps)
40GBase-KR4
100GBase-KP4
40
100
Максимальная
длина сегмента,
м
Тип кабеля
1
для
объединительной
платы
100GBase-KR4
100
1
для улучшенной
объединительной
платы
40GBase-CR4
100GBase-CR10
40
100
7
медный
биаксиальный
кабель
40GBase-T
40
30
UTP cat 8
40GBase-SR4
100GBase-SR10
40
100
100
125
40GBase-LR4
100GBase-LR4
40
100
10 000
100GBase-ER4
100
40 000
40GBase-FR
40
2 000
оптоволоконный