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.