Институт IEEE, вероятнее всего, примет решение о переносе даты выпуска стандарта 802.3z Gigabit Ethernet Task Force. Его ратификация вначале была намечена на март, но нерешенные вопросы физического уровня, похоже, заставят перенести утверждение стандарта на июнь текущего года. «Это решение заставит наиболее консервативную часть потребителей отложить приобретение подобных продуктов, которые в любом случае еще не готовы выйти на этот рынок», - считает Джон Армстронг, аналитик компании Dataquest. По его словам, набор характеристик Gigabit Ethernet будет утвержден во втором квартале 1997 года, поэтому серьезных вопросов с интероперабельностью не возникнет.
Основные трудности при использовании Gigabit Ethernet связаны с возникновением дифференциальной задержки сигналов (differential mode delay, DMD) в многомодовых волоконных кабелях. Эта задержка появляется при использовании некоторых комбинаций многомодового волокна и лазерных диодов, применяемых для ускорения передачи данных по волоконному кабелю. В результате возникают нарушения синхронизации (своего рода дрожание) сигнала, ограничивающие максимальное расстояние, на которое могут передаваться данные по Gigabit Ethernet.
Компания Cisco Systems намерена решить вопросы физического уровня путем замены в своих недавно анонсированных аппаратных системах преобразователей гигабитного интерфейса. Таким образом, для настройки аппаратуры на спецификации окончательного стандарта не потребуется вносить никаких внутренних изменений. «В худшем случае изменения коснутся только реализации физического уровня, - заявляет Джеф Моссман, системный инженер Cisco. - Для этого будет достаточно замены конвертера гигабитного интерфейса».
Патрик Гуай, старший менеджер 3Com, заявил, что его компания гарантирует соответствие своих продуктов окончательному стандарту Gigabit Ethernet. Потребители, купившие системы Gigabit Ethernet компании 3Com до ратификации стандарта, при необходимости смогут модернизировать их совершенно бесплатно. «Это очень похоже на гарантию, которую мы давали нашим потребителям в случае перехода на 56-килобитную технологию модемов, - сказал Гуай. - Мы абсолютно уверены в направлении развития стандарта, так что легко можем дать такую гарантию». Единственный серьезный вопрос, пока остающийся нерешенным для Gigabit Ethernet, по словам Гуая, - это возможность использования неэкранированной витой пары. Но поскольку, по его мнению, эта технология еще не скоро дойдет до уровня настольных систем, пользователи не пострадают от данного недостатка новой технологии.
Мелинда Лебарон, аналитик компании Gartner Group, советует потребителям, которые уже работают с Gigabit Ethernet, обратиться к производителям систем, которыми они пользуются, по поводу возможности внесения изменений на физическом уровне. Тем, кто только предполагает использовать Gigabit Ethernet, но пока не заключил договор с каким-либо определенным производителем, следует выяснить подобные планы у всех потенциальных поставщиков.
СТАНДАРТЫ GIGABIT ETHERNET
Основные усилия рабочей группы IEEE 802.3z направлены на определение физических стандартов для Gigabit Ethernet. За основу она взяла стандарт ANSI X3T11 Fibre Channel, точнее, два его нижних подуровня: FC-0 (интерфейс и среда передачи) и FC-1 (кодирование и декодирование). Зависимая от физической среды спецификация Fibre Channel определяет в настоящее время скорость 1,062 гигабод в секунду. В Gigabit Ethernet она была увеличена до 1,25 гигабод в секунду. С учетом кодирования по схеме 8B/10B мы получаем скорость передачи данных в 1 Гбит/с.
Спецификация Gigabit Ethernet изначально предусматривала три среды передачи: одномодовый и многомодовый оптический кабель с длинноволновыми лазерами 1000BaseLX для длинных магистралей для зданий и комплексов зданий, многомодовый оптический кабель с коротковолновыми лазерами 1000BaseSX для недорогих коротких магистралей, симметричный экранированный короткий 150-омный медный кабель 1000BaseCX для межсоединения оборудования в аппаратных и серверных.
Однако в настоящее время четырехпарная 100-омная проводка Категории 5 является наиболее распространенной кабельной системой во всем мире. Учитывая это, бюро по стандартам IEEE удовлетворило в марте 1997 г. запрос на создание отдельного комитета по разработке стандарта физического уровня 1000BaseT для четырехпарных кабелей с неэкранированными витыми парами Категории 5 длиной 100 м (т. е. для сетей с диаметром 200 м, как и в 100BaseT). Эта группа получила наименование 803.2ab. Данный стандарт будет опираться на иную схему кодирования, нежели Fibre Channel, и, вероятнее всего, появится на год позже, чем остальные три стандарта.
ТАБЛИЦА 1 - СТАНДАРТЫ И ПРИЛОЖЕНИЯ
Интерфейс физического уровня
Тип кабеля
Максимальная протяженность (в скобках диаметр волокна)
Типичные приложения
1000BaseSX
Многомодовый кабель с коротковолновым лазером (850 нм)
220 м (62,5 мкм); 500 м (50 мкм)
Короткие магистрали
1000BaseLX
Многомодовый и одномодовый кабель с длинноволновым лазером (1300 нм)
Многомодовый: 550 м (62,5 мкм);550 м (50 мкм) Одномодовый: 5 км (9 мкм)
Короткие магистрали Территориальные магистрали
1000BaseCX
Короткий медный кабель (STP/коаксиал)
25 м
Межсоединение оборудования в монтажном шкафу
1000BaseT
4-парный неэкранированный Категории 5
100 м
Горизонтальные трассы
Все четыре стандарта отличаются покрываемыми расстояниями и планируемыми применениями (см. Таблицу 1).
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАДЕРЖКА
Первоначальная дата принятия стандарта (март 1998 г.) была перенесена комитетом IEEE 802.3z на более поздний срок, когда была обнаружена проблема дифференциальной задержки (Differential Mode Delay, DMD). Она проявляется только при определенных комбинациях излучателей (лазеров) и многомодового оптического кабеля невысокого качества и не свойственна менее скоростным технологиям.
Эффект дифференциальной задержки состоит в том, что один излучаемый лазером импульс света возбуждает несколько мод в многомодовом волокне. Эти моды, или пути распространения света, могут иметь разную длину и разную задержку. В результате при распространении по волокну отдельный импульс может даже разделиться на несколько импульсов, а последовательные импульсы могут накладываться друг на друга, так что исходные данные будет невозможно остановить.
Такая рассинхронизация (jitter) встречается все же довольно часто, поэтому 802.3z Task Force и отложила принятие стандарта. Предложенное решение заключается в том, что световой сигнал источника формируется предварительно специальным образом, а именно свет от лазера распределяется равномерно по диаметру волокна, в результате чего он больше напоминает свет от светоизлучающего диода. Цель подобной процедуры состоит в более равномерном распределении энергии сигнала между всеми модами.
РАСШИРЕНИЕ НЕСУЩЕЙ
Один из ключевых вопросов для Gigabit Ethernet - это максимальный размер сети. При переходе от Ethernet к Fast Ethernet сохранение минимального размера кадра привело к уменьшению диаметра сети с 2 км для 10BaseT до 200 м для 100BaseT. Однако перенос без изменения всех отличительных составляющих Ethernet - минимального размера кадра, времени обнаружения коллизии (или кванта времени - time slot) и CSMA/CD - на Gigabit Ethernet обернулся бы сокращением диаметра сети до 20 м. Очевидно, что в этом случае станции в разделяемой сети оказались бы в буквальном смысле "на коротком поводке", поэтому рабочий комитет 802.3z предложил увеличить время обнаружения коллизии с тем, чтобы сохранить прежний диаметр сети в 200 м. Такое переопределение подуровня MAC необходимо для Gigabit Ethernet, иначе отстоящие друг от друга на расстоянии 200 м станции не смогут обнаружить конфликт, когда они обе одновременно передают кадр длиной 64 байт.
Предложенное решение было названо расширением несущей (carrier extension). Суть его в следующем. Если сетевой адаптер или порт Gigabit Ethernet передает кадр длиной менее 512 байт, то он посылает вслед за ним биты расширения несущей, т. е. время обнаружения конфликта увеличивается. Если за время передачи кадра и расширения несущей отправитель зафиксирует коллизию, то он реагирует традиционным образом: подает сигнал затора (jam signal) и применяет механизм отката (back-off algorithm).
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.
