Оптические дороги Ethernet

Ни одна из существующих сетевых технологий не может сравниться с Ethernet ни
по величине инсталлированной базы, ни по темпам развития. Оптические же версии
Ethernet позволили этой сугубо офисной технологии шагнуть далеко за пределы локальных
сетей и утвердиться не только в сетях масштаба кампуса, но и потеснить своих собратьев
в городских и даже в глобальных сетях.

Приход оптоволоконной эры столь же неотвратим, как и приход налогового инспектора.
По крайней мере, в магистральных сетях. Этому способствует ряд факторов, объединившихся
в синергическом альянсе, а именно: фантастические возможности персональных компьютеров,
разработка многообещающих оптических технологий, таких, как мультиплексирование
с разделением по длине волны (WDM) и полностью оптическая коммутация, постоянное
снижение стоимости и улучшение качества оптоволокна. Ну а что касается приложений,
то они ведут себя, как газ в пустоте: как только увеличивается пропускная способность
канала, сразу же возникают приложения, готовые полностью ее использовать.

Если же рассматривать наше сетевое будущее с точки зрения технологий, то здесь на роль лидера в ближайшее время претендует лишь Ethernet. Эта технология, выросшая в тепличных условиях офиса, с появлением высокоскоростных версий вырвалась из его стен и, как кукушонок, начинает вытеснять своих собратьев в масштабах кампусов (CAN), в городских (MAN) и даже глобальных сетях (WAN). И завоевание новых территорий стало возможным именно благодаря оптоволоконным технологиям. Поэтому словосочетание Optical Ethernet, которым мы и будем из соображений удобства пользоваться в дальнейшем, вскоре, очевидно, станет весьма популярным. Какова же ситуация в этой области IT сегодня? Прежде чем ее рассмотреть, сделаем небольшой исторический экскурс.

Краткий курс истории Optical Ethernet

Технология Ethernet была определена как открытая спецификация в начале 80-х
консорциумом компаний, в который входили Digital Equipment, Intel и Xerox. Результирующий
стандарт назвали DIX Ethernet Spec., но он более известен как 10Base-5 или Thick
(толстый) Ethernet. Цель разработки заключалась в продвижении относительно высокопроизводительной
и недорогой цифровой сетевой технологии с разделяемой средой передачи в сектор
локальных офисных сетей (LAN). В 1983 г. LAN/MAN Standards Committee принимает
стандарт 802.3 для разделяемой среды передачи, в основу которого ложится механизм
распределенного управления доступом к среде, названный Carrier Sense Multiple
Access with Collision Detection (CSMA/CD). Стандарт оказался крайне удачным, и
дальнейшее его развитие включило такие возможности, как соединения точка—точка,
дуплексный режим для неразделяемых каналов, высокоскоростные версии.

Некоторые характеристики Ethernet выдержали испытание временем и сохранились до наших дней. К ним относятся формат фрейма, содержащий минимальный и максимальный размеры пакета, поле "тип протокола", МАС-адреса отправителя и получателя. А поскольку МАС-адрес каждой интерфейсной карты является уникальным, то это позволяет без особых проблем подключать новые устройства для расширения сети.

Нужно отдать должное разработчикам, сразу же предусмотревшим в стандарте возможность использования оптоволоконных каналов. Первый оптический стандарт, который назывался Fiber Optic Inter-Repeater Link (FOIRL), был принят в 1987 г. и являлся частью спецификации оптического репитера. Он разработан с целью обеспечить связь типа точка—точка между двумя относительно далеко (до 1 км) отстоящими репитерами. Стандарт поддерживал пропускную способность 10 Mbps по двум многомодовым оптоволоконным кабелям, образующим дуплексный канал, и использовал излучение длиной 850 нм.

Несколькими годами позже был принят стандарт 10Base-F с такими же средой передачи и длиной волны, обратно совместимый с FOIRL. Идентификатор 10Base-F относился к группе из трех типов оптических сегментов: 10Base-FL, 10Base-FB и 10Base-FP, которые были несовместимы друг с другом по оптическим интерфейсам.

10Base-FL (Fiber Link) разрабатывался для замены FOIRL. Он поддерживает длину сегмента до 2 км. Эта технология позволяла связать два компьютера, или два репитера, или компьютер и репитер. Все сегменты 10Base-FL являлись соединениями типа точка—точка с трансивером на каждом конце. Компьютер подсоединялся к среде передачи (в типичном случае — к двум оптоволоконным кабелям 62,5/125) с помощью внешнего трансивера, а сетевая карта компьютера — к трансиверу кабелем AUI (Attachment Unit Interface). Прием и передача велись по отдельным кабелям, что позволяло опционально организовать дуплексный канал.

10Base-FB (Fiber Backbone) — эта технология разрабатывалась исключительно для соединения двух репитеров и не допускала непосредственного соединения компьютера и репитера. Кроме того, что она поддерживала длину индивидуального сегмента до 2 км, технология позволяла увеличить количество репитеров, которое могло быть использовано в сети. Это достигалось с помощью специального синхронизирующего протокола. Стандарт предусматривал те же типы кабеля и коннекторы, что и 10Base-FL, однако порты репитеров этих двух типов не могли быть прямо соединены из-за различия сигнальных протоколов. 10Base-FB не поддерживал также дуплексный режим.

10Base-FP (Fiber Passive) — реализация данной спецификации представляет собой систему пассивной "звезды". Ее "луч" может достигать 500 м, а концентратор — связывать до 33 компьютеров. Поскольку концентратор не требовал питания, то эта технология идеально подходила для мест, куда нельзя подвести электричество. Устройство получало оптический сигнал от специального трансивера 10Base-FP и распределяло его равномерно по всем остальным трансиверам, подключенным к нему, включая и тот, от которого получен сигнал. Технология не поддерживала дуплексный режим и вообще не получила широкого распространения.

Как видно, из всех вариантов стандарта 10Base-F только 10Base-FР годился для непосредственного объединения компьютеров в сеть, да и тот не имел поддержки. Совсем другая картина наблюдается в оптических версиях Fast Ethernet.

100Base-FX является частью стандарта 802.3u Fast Ethernet, разработанного в 1994 г. Для передачи использовался многомодовый кабель и длина волны 1300 нм и, таким образом, он не был совместим ни с одним стандартом 10Base-F. Это объясняется тем, что разработчики решили использовать для него проверенный временем физический уровень FDDI, который при скорости 100 Mbps предусматривал длину волны 1300 нм.

Стандарт 100Base-FX допускал максимальную длину сегмента 412 м в полудуплексном режиме и более 2 км в дуплексном. По сути, это была "оптоволоконная версия" спецификации 100Base-TX: витая пара и коннекторы заменялись на их оптоволоконные эквиваленты. Стандарт обеспечивал легкое сопряжение с сетями FDDI и SONET, использующими ту же длину волны. Подобная совместимость стала возможной благодаря тому, что в процессе развития технологии Ethernet удалось полностью отделить цифровую логику от аналоговой. В стандарте Fast Ethernet уровень раздела называется Media Independent Interface (MII). На самом деле драйверам совершенно безразлично, какой тип волокна (одномодовый или многомодовый) используется и на какой длине волны происходит передача. Результатом этого подхода было то, что производители компонентов для Fast Ethernet смогли обеспечить большую их гибкость и совместимость, чем предусматривал непосредственно стандарт.

100Base-SX был ратифицирован в июне 2000 г., на шесть (!) лет позже предыдущего. Основная мотивация для его разработки — возможность инкрементной миграции (и тем самым снижение стоимости) к Fast Ethernet для оптоволоконных сетей Ethernet предыдущего поколения. Стандарт предусматривает скорость передачи 100 Mbps, использование многомодового оптоволокна и света с длиной волны 850 нм (номинально). Длина сегмента достигает 500 м. Вследствие дистанционных ограничений стандарт не рассматривается как решение для магистрали, хотя, конечно, ничто не препятствует его использованию для этой цели в случае небольших расстояний.

Итак, нам осталось описать стандарты Gigabit Ethernet (GE) и 10 GE, определить
место, занимаемое Optical Ethernet в сетях различных масштабов, а также рассмотреть
современные тенденции в этой области сетевых технологий. Поэтому…


Окончание следует