В этом году, в конце мая, исполняется 40 лет технологии Ethernet, которая сегодня охватывает практически все аспекты нашей цифровой жизни. В персональных компьютерах эта технология появилась в 1982 г. в виде недорогих сетевых плат для кабельных сетей на витых парах, обеспечивающих скорость передачи данных 10 Мбит/с. Сегодня предел скорости обмена данными по сети Ethernet составляет 100 Гбит/с (GbE), а исследовательская группа IEEE 802.3 Ethernet Study Group находится на этапе окончательного утверждения стандарта 400 Гбит/с.
В настоящее время и малые локальные сети, и значительная часть крупных корпоративных сетей работают на скорости 1 Гбит/с, но прогноз компании LightCounting говорит об устойчивой тенденции перехода от серверных портов 1GbE на 10GbE (в 2011 г. на серверах насчитывалось не более 17% портов 10GbE, а в 2014 г. предполагается увеличение их доли до 59%). Обслуживать серверные порты 10GbE должны коммутаторы с соответствующей скоростью на входных (коммутируемых) портах.
После окончательной ратификации в середине 2002 г. стандарта IEEE 802.3ae вслед за серверными портами 10GbE постоянно увеличивается и объем продаж 10-гигабитных портов Ethernet на сетевых устройствах и прежде всего на коммутаторах, причем с не менее постоянным снижением стоимости в расчете на порт, которая вплотную приблизилась к критической отметке принятия решения - к сумме в 100 долл. за порт 10GbE на линейном коммутируемом входе. Понемногу за десять прошедших лет технология 10GbE спустилась из сегмента коммутаторов для операторов связи/поставщиков услуг сначала в сегмент модульных коммутаторов корпоративных сетей, затем - блочных коммутаторов масштаба предприятия и теперь вступает в сегмент малых локальных сетей.
Техническая реализация порта 10GbE может быть различной: от портов для медных кабелей UTP/STP (неэкранированные/экранированные витые пары) нового поколения (вплоть до повторного использования имеющейся кабельной инфраструктуры 1GbE) до твинаксиальных (двойных коаксиальных) медных проводников новой инфраструктуры или многомодовых волоконно-оптических линий (сравнительные характеристики различных версий 10GbE приведены в таблице).
| Вариант 10GbE | Достоинства | Недостатки | Кабель |
|---|---|---|---|
| 10GBASE-SR (оптика SFP+) | 3,2 Вт/порт
Задержка < 1 мс Дальность 300 м (SR) или 10 км (LR) | Высоки затраты на приобретение и развертывание
Высокая стоимость техобслуживания | Многомодовое оптическое волокно |
| 10GBASE-DAC (Direct Attach, медь SFP+) | 2,9 Вт/порт
Задержка < 1 пс | Дальность до 7 м
Нет совместимости с коммутаторами 1000BASE-T Нужны новые коммутаторы SFP+ Возможен избыточный перезаказ по портам из-за ограниченной дальности | Твинаксиальный медный |
| 10GBASE-CX4 | 2,25 Вт/порт | Дальность до 15 м
Нет совместимости с коммутаторами 1000BASE-T Необходимы специальные коммутаторы/линейные платы 10GBASE-CX4 Большой размер разъема ограничивает плотность портов Большой диаметр кабеля затрудняет прокладку в имеющихся шкафах | Твинаксиальный медный |
| 10GBASE-T | 9,2 Вт/порт (<80 м) или 10,1 Вт/порт (>80 м)
Задержка 2-4 пс Дальность 55 м (CAT6), или 100 м (CAT6a), или 100 м (CAT7) Обратная совместимость с 1000BASE-T Можно использовать имеющуюся СКС | Мощность больше, чем в оптических SFP+ | Медный UTP/FTP |
Аббревиатура SFP (Small Form factor Pluggable, съемный модуль малого формата) означает возможность подбора сменного модуля коммутатора под имеющуюся сеть, что особенно удобно для оптических сетей. В самом коммутаторе имеется стандартный 20-контактный электрический разъем (соединитель), в который вставляется модуль SFP нужного типа. В этом модуле находится преобразователь (обычно электрических сигналов в оптический) и приемопередатчик. Улучшенные модули SFP+ (Small Form factor Pluggable Plus) обеспечивают повышение скорости передачи до обсуждаемого нами уровня 10 Гбит/с. Если вместо подключения к стационарной сети используется специальный кабель для разъема SFP, то такой способ называется прямым подключением (Direct Attach). В этом случае обеспечивается более полное согласование интерфейсов, но соединительный шнур придется прокладывать дополнительно, вне структурированной кабельной сети (СКС), причем длина соединения обычно ограничена.
Для небольших и средних локальных сетей наиболее привлекателен вариант 10GBASE-T (официальное название IEEE 802.3an-2006) на обычных медных витых парах категории CAT6 и выше. Хотя следует отметить, что в сравнении с другими вариантами 10GbE здесь возрастает рассеиваемая мощность на порту, что ранее было основным препятствием для широкого распространения 10GbE в коммутаторах нижнего ценового диапазона.
Если говорить о рыночном соотношении различных версий 10GbE, то аналитическое подразделение компании Intel (Intel Market Forecast) ожидает широкого распространения 10GBASE-T и постепенного снижения доли оптики (см. рисунок). Метод Direct Attach будет востребован в IP-центрах обработки данных и высокопроизводительных вычислительных центрах.
Именно «медный» вариант 10GBASE-T обещает наибольшую гибкость, наименьшую стоимость среды передачи и обратную совместимость с имеющимися сетями 1GbE.
Как и все остальные разновидности BASE-T, спецификация 10GBASE-T позволяет работать на расстоянии до 100 м, что обеспечивает охват практически любого ЦОД и оставляет разработчикам возможность выбора для ЦОД любой из схем взаимного размещения серверов и коммутаторов, включая не только классическую архитектуру ToR (Top of Rack, коммутатор для стойки) с ограничением медной проводки внутри стойки, но и MoR (Middle of Row, в середине ряда) вместе с EoR (End of Row, в конце ряда), когда агрегирующие коммутаторы располагаются в определенном месте ряда стоек, вне стойки «своих» серверов.
Для кабельных систем нового поколения (категории 6A и выше) технология 10GBASE-T может использоваться в режиме пониженной мощности («зеленый» режим энергосбережения или режим ЦОД), когда дальность составляет менее 30 м. В некотором смысле 10GBASE-T повторяет историю 1000BASE-T: ведь первые гигабитные микросхемы характеризовались потреблением примерно 6,5 Вт/порт, но мощность снижалась с каждым новым поколением, и сегодня порт GbE имеет мощность менее 1 Вт. Аналогичный процесс наблюдается для спецификации 10GBASE-T, физический уровень которой четко следует эмпирическому закону Мура, результатом чего становится планомерное снижение мощности и стоимости. В 2008 г. первые адаптеры 10GBASE-T требовали 25 Вт/порт, затем потребляемая мощность сократилась до 10 Вт/порт, а в 2011 г. упала ниже 5 Вт на порт 10GBASE-T, что позволяет применять эту технологию не только в коммутаторах с высокой плотностью портов, но и на системных платах серверов.
Снижение потребляемой мощности сопровождается уменьшением стоимости: цена адаптеров 10GBASE-T первого поколения составляла примерно 1000 долл. за порт, сегодня двухпортовый адаптер 10GBASE-T третьего поколения стоит примерно 200-300 долл. за порт, а в новых коммутаторах Netgear этот показатель практически приблизился к отметке 100 долл. за порт.
Не менее важным фактором является обратная совместимость с 1000BASE-T, дающая возможность повторно использовать имеющуюся кабельную инфраструктуру 1GbE (CAT6, CAT6A и выше), что позволяет сократить затраты на миграцию с 1 Гбит/с на 10 Гбит/с.
В зависимости от размера пакета задержка в 1000BASE-T составляет от долей микросекунды до 12 мкс и выше. Для 10GBASE-T диапазон задержек составляет от 2 до 4 мкс. В общем случае для пакетов большого размера задержка 10GBASE-T более чем в 3 раза меньше задержки 1000BASE-T для пакетов одного размера и типа.
Классическое деление коммутаторов на управляемые (managed) и неуправляемые (unmanaged) даже в области малых локальных сетей (SMB) осталось далеко в прошлом. Новые SMB-коммутаторы относятся к категории интеллектуальных (Smart), поскольку они уже не являются устройствами типа plug-and-play, без возможности пользовательской настройки, а также сохранения и управления конфигурацией. Современные коммутаторы даже нижнего ценового диапазона имеют встроенный Web-сервер, обеспечивающий возможность настройки параметров продвинутым/полупрофессиональным пользователям (так называемым ProSumers, т.е. Pro Consumers). Интеллектуальные коммутаторы сохраняют возможность работы без настройки, но для их эффективного применения лучше воспользоваться графическим интерфейсом (режим настройки из командной строки CLI обычно поддерживается для профессиональных устройств более высокого ценового сегмента).
Технология 10GBASE-T присутствует сегодня практически во всех сегментах рынка профессионального сетевого оборудования:
В результате технология 10GBASE-T, естественно, используется большинством поставщиков сетевого оборудования, но ее поддержка именно на входных коммутируемых портах, а не только на портах стекирования или агрегации трафика, весьма сильно различается у основных изготовителей сетевых коммутаторов.
Alcatel-Lucent. Компания предлагает в нижнем ценовом сегменте семейство коммутаторов OmniSwitch, предназначенных для «установки на границе конвергированных корпоративных сетей среднего и большого размера, для использования на уровне агрегации и для построения ядра малых корпоративных сетей». Порты 10GbE появляются в семействе OmniSwitch на уровне модели OmniSwitch 6850E в качестве опциональных интерфейсов стекирования и восходящего канала. Но полный переход на 10GbE обеспечен только в верхней модели OmniSwitch 6900, позволяющей иметь до 64 портов 10GbE в корпусе форм-фактора 1U (RU). Допустима замена на максимум шесть портов 40 GbE для портов восходящей связи (uplink port). Однако модель OmniSwitch 6900 относится к категории «тяжелого» (и дорогого) оборудования с производительностью матрицы коммутации до 1,28 Тбит/с и только с оптическими несъемными портами Fixed SFP+.
Allied Telesis. В разделе решений для малого и среднего бизнеса компания не предлагает ничего для скорости 10 Гбит/с, а в разделе коммутаторов 1GbE/10GbE скорость 10 Гбит/с появляется только в линейной плате модульного шасси SwitchBlade 4000 и только в виде розетки для съемного оптического модуля XFP.
Arista Networks. Специализация компании на оборудовании коммутации для ЦОД привела к выпуску недорогих многопортовых блочных (автономных) коммутаторов 10GBASE-T с портами RJ45, обеспечивающих, по заявлению компании, «10-гигабитный Ethernet по цене гигабитного». Это 32 порта 10GBASE-T в 36-портовой модели Arista 7050T-36 или 48 портов в 52-портовой модели Arista 7050T-52. В диапазоне малопортовых коммутаторов 10GBASE-T/RJ45 продукция Arista не представлена.
Avaya (вместе с Nortel). В области коммутации 10GbE компания предлагает «тяжелые» модульные системы Ethernet Routing Switch 8000 - коммутаторы премиум-класса для построения отказоустойчивого ядра крупных корпоративных сетей или вычислительных центров среднего размера. А вот в сегменте малого и среднего бизнеса флагманский продукт компании - Avaya IP Office - пока еще не добрался даже до гигабитных скоростей, что объясняется нацеленностью на телефонные услуги, а не на передачу данных.
Brocade Communications Systems (вместе с Foundry Networks). Компания выпускает широкий спектр коммутаторов 10GbE в категории ToR (агрегация трафика одной стойки серверов в ряду стоек ЦОД). В нижнем для этой компании ценовом диапазоне семейство коммутаторов Brocade ICX 6610 с преобладающим числом портов 1GbE сменила модель Brocade ICX 6650, предназначенная, как минимум, для кампусных локальных сетей и Ethernet-ЦОД с классической архитектурой. Поэтому модель Brocade ICX 6650 имеет 56 портов 10GBASE-X SFP+ (двухскоростные 1/10 GbE), которые, разумеется, допускают вставку модулей 10GBASE-T/SFP+/RJ45 (Cat5, 6, Cat6a/7), но лучше использовать 10-гигабитную оптику.
Cisco (вместе с Linksys). Компания придерживается стратегии перехода на 10GbE за счет модернизации съемных модулей, причем в обоих семействах коммутаторов этой компании (Nexus и Catalyst) основная ставка сделана на многопортовые модули и линейные карты. Среди них, естественно, предлагаются модули/карты 10GBASE-T, но, как и для коммутаторов Brocade, гораздо шире в номенклатуре продуктов компании представлена 10-гигабитная оптика.
Dell на данный момент предлагает для агрегации медных портов 10GbE только модели PowerConnect 8132 (24 x 10GBASE-T) и PowerConnect 8164 (48 x 10GBASE-T), предназначенные для небольших кампусных сетей (локальная сеть группы зданий) или крупных корпоративных сетей, с рекомендованной стоимостью соответственно 13,5 и 15 тыс. долл. (но с восходящим/стекируемым портом 40GbE).
D-Link имеет всего две 10-гигабитные модели в огромном спектре своей бюджетной продукции. Управляемые стекируемые коммутаторы уровня L2/3 моделей DXS-3600-16S (8 фиксированных портов SFP+) и DXS-3600-32S (24 фиксированных порта SFP+) имеют по одному посадочному месту для модуля расширения, которым может стать DXS-3600-EM-4XT (модуль расширения с 4 портами 10GBase-T). Но SFP+ все же лучше использовать для оптики, а не для «медных» 10GBASE-T/RJ45.
Huawei на своем сайте заявляет, что «настало время для 10GbE», но планирует эту скорость исключительно для рынков ЦОД и кампусных сетей, а в сегменте SOHO/SMB в серии S1700 предлагаются только коммутаторы для скоростей 10/100/1000.
Enterasys Networks. В серии S предлагается автономный коммутатор SSA с возможностью размена 48 обычных портов 10/100/1000 Ethernet на 48 портов SFP 1GbE и 4 порта SFP+ 10GbE. В модульных шасси этой серии в ограниченном количестве также присутствуют порты 10GbE, но основными остаются 1GbE. Серия D портов 10GbE не имеет, а в серии G они используются в ограниченном количестве для агрегации восходящего трафика.
Extreme Networks. Из продукции этой компании в рассматриваемой нами области можно отметить, пожалуй, лишь коммутатор Summit X670, нацеленный, прежде всего на ЦОД, поскольку он поддерживает несколько специфических для этой области протоколов, включая DCB (Data Center Bridging, мостовое соединение в ЦОД). Этот коммутатор имеет 48 посадочных мест для двухскоростных (1/10 GbE) пассивных оптических модулей SFP+. Но по стоимости эта модель вряд ли подойдет для малых и средних локальных сетей.
HP (вместе с ProCurve, 3Com, H3C и TippingPoint). В категории сетевого оборудования для малого и среднего бизнеса предлагаются только гигабитные коммутаторы, однако в число продукции для ЦОД входит гибридный 1/10-гигабитный «блейд-коммутатор» HP 6125G/XG, специально созданный для совместной работы с собственными блейд-серверами системы BladeSystem c-Class. Новый блейд-коммутатор HP 6125G/XG дополняет сходную гигабитную модель блейд-коммутатора 6125G Ethernet. Серии блочных коммутаторов 5800 и 5830 предназначены для обслуживания портов 1/10 GbE, а чисто 10-гигабитные модели 5820 и 5920 поддерживают эту скорость только на посадочных местах SFP+. В серии 5820 имеются «медные» порты RJ45, но только для скорости 1 Гбит/с.
Juniper Networks. Компания в своей продукции обычно не опускается ниже операторского класса, хотя и предлагает ToR-коммутатор Juniper Networks QFX3500 с 48 портами 10GbE и четырьмя магистральными (восходящими) портами 40GbE и шлюзами FCoE и FC. Естественно, что 10-гигабитные порты - это двухрежимные подключаемые компактные порты SFP+/SFP, причем из 48 заявленных портов только 18 можно использовать в «медном» режиме GbE и, судя по всему, поддержка «медных» 10GBASE-T/RJ45 не предусмотрена.
Level One. В бюджетных сериях CompactCon и OfficeCon компания предлагает только коммутаторы со скоростями до гигабитных, как, впрочем, и в остальных своих линейках.
Mellanox Technologies. Среди коммутаторов Ethernet (эта компания также продвигает InfiniBand) предлагается семейство коммутаторов SX1000 категории ToR со скоростями 10/40/56 Гбит/с на порту и с плотностью от 18 до 64 портов в блочном корпусе. Это рекордный в отрасли показатель плотности 10-гигабитных портов в корпусе 1U, однако все они относятся к классу SFP+, чем и объясняется низкая рассеиваемая мощность на порт (заявлено менее 1,8 Вт/порт).
Netgear. На данный момент единственным коммутатором 10GbE в категории SMB у этой компании остается новая бюджетная модель XS708E из семейства ProSAFE Plus. Производитель относит данное устройство к категории улучшенных неуправляемых коммутаторов (Unmanaged Plus), однако можно также считать его интеллектуальным или маршрутизирующим коммутатором. Как основное достоинство Netgear XS708E можно отметить снижение стоимости порта до уровня, приближающегося к точке принятия критически важных решений, - к 100 долл. за порт. На данный момент никто не приблизился к этому уровню ближе компании Netgear.
Planet. Этот тайваньский поставщик недорогих коммутаторов даже в последних моделях FGSW-1820CS / FGSW-2620CS с Web-управлением (иными словами, интеллектуальных коммутаторов) пока еще не вышел за пределы оптических моделей SFP (не SFP+), т.е. за пределы гигабитных скоростей (но не 10-гигабитных) даже для агрегирующих портов восходящей связи. Это характерно и для других компаний, работающих в самом нижнем ценовом диапазоне.
RAD Data Communications. Эту компанию стоит отметить исключительно для оценки проникновения 10GBASE-T/RJ45 в область коммутаторов Ethernet в промышленном (защищенном от неблагоприятных внешних воздействий) исполнении. В серии коммутаторов RADiFlow 3080 и RADiFlow с повышенной защитой от неблагоприятных воздействий для тяжелых эксплуатационных условий пока реализованы только посадочные места под оптику SFP (только для гигабитных модулей).
ZyXEL. В неуправляемых коммутаторах и управляемых коммутаторах второго уровня этой компании 10-гигабитные скорости не поддерживаются. В категории интеллектуальных коммутаторов и «коммутаторов 3 уровня» (по терминологии ZyXEL) есть несколько моделей с поддержкой восходящих портов 10GbE, которые относятся к категории 10G SFP+.
Проникновение медных портов 10GBASE-T/RJ45 и поддержку обмена на скорости 10-гигабитной линии в сегменте малых и средних корпоративных сетей пока демонстрирует только первый в отрасли SMB-коммутатор компании Netgear, однако прогнозы многих аналитиков предполагают стремительный рост числа медных 10-гигабитных портов в серверах ЦОД, для обслуживания которых потребуются соответствующие коммутаторы. В небольших ЦОД в ближайшем будущем возникнет потребность в коммутаторах 10GbE с малым числом портов (12-16), причем наиболее популярными станут бюджетные модели, даже при некотором ограничении их функциональных возможностей.
Коммутаторы этой категории могут называться по-разному: SMB-коммутаторы, коммутаторы для небольших и средних локальных сетей, бюджетные коммутаторы для ЦОД и т.д.. Главное - это будут недорогие устройства с небольшим числом портов 10GBASE-T/RJ45. В настоящее время продукция этой категории по цене вплотную приблизилась к границе начала широкого внедрения - к показателю 100 долл. за порт.
Кабель
Для реализации различных физических уровней стандартов 10GbE многие интерфейсы состоят из стандартного гнезда, в которое можно подключать различные PHY модули. Физические форматы модулей не указаны в официальных стандартах IEEE и описываются различными индустриальными многосторонними соглашениями, что позволяет ускорить выработку спецификаций. Популярными для 10GbE форматами модулей являются XENPAK (и связанные с ним Х2 и XPAK), XFP и SFP+ . На выбор форм-фактора PHY модулей влияет стоимость разработки, доступность модулей, типы носителей, потребляемая мощность и размер модулей. В рамках одного канала точка-точка стороны могут использоваться модули различных форм-факторов, пока они реализуют один и тот же физический уровень 10GbE (например, 10GBASE-SR для локальных сетей) и тип кабеля (оптический или медный).
Оптические модули подключаются к контроллеру при помощи электрических интерфейсов, XFI или SerDes Framer Interface (SFI). Приемопередатчики форматов XENPAK, Х2 и XPAK используют XAUI () - канал из четырех дифференциальных пар , определенный в IEEE 802.3 Clause 47. Приемопередатчики XFP используют интерфейс XFI, а SFP+ модули используют интерфейс SFI. В интерфейсах XFI и SFI сигнал передается по одной дифференциальной паре с применением, определенного в IEEE 802.3 Clause 49.
Модули SFP+ можно разделить на два типа по интерфейсу к контроллеру: линейные и лимитирующие. Лимитирующие используются для связи на больших расстояниях, например для 10GBASE-LRM, а в остальных случаях более предпочтительными являются линейные модули.
| MMF FDDI 62,5/125 мкм (1987) |
MMF OM1 62,5/125 мкм (1989) |
MMF OM2 50/125 мкм (1998) |
MMF OM3 50/125 мкм (2003) |
MMF OM4 50/125 мкм (2008) |
MMF OM5 50/125 мкм (2016) |
SMF ОS1 9/125 мкм (1998) |
SMF OS2 9/125 мкм (2000) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 160 МГц·км @850 нм |
200 МГц·км @850 нм |
500 МГц·км @850 нм |
1500 МГц·км @850 нм |
3500 МГц·км @850 нм |
3500 МГц·км @850 нм и 1850 МГц·км @950 нм |
1 дБ/км @1300/ 1550 нм |
0.4 дБ/км @1300/ 1550 нм |
| Название | Стандарт | Статус | Среда передачи | Разъём OFC или ВЧ-разъём | Модули трансиверов | Расстояния (км) |
Число волокон | Линий (⇅) |
Примечания |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 10-гигабитный Ethernet (10 GbE) - (скорость передачи данных: 10 Гбит/с - : × - линейная скорость: 10.3125 Гбод - Полный дуплекс) | |||||||||
| 10GBASE -CX4 |
802.3ak-2004 (CL48/54) |
устаревший | твинаксиальный кабель балансные линии |
CX4 (SFF-8470) (IEC 61076-3-113) () |
XENPAK
X2 XFP |
0.015 | 4 | 4 | Для дата-центров ; |
| 10GBASE -KX4 |
802.3ap-2007 (CL48/71) |
устаревший | медные проводники на платах | N/A | N/A | 0.001 | 4 | 4 | Печатные платы ; линейное кодирование: 8b/10b × NRZ линейная скорость: 4x 3.125 Гбод = 12.5 Гбод |
| 10GBASE -LX4 |
802.3ae-2002 (CL48/53) |
устаревший | Fibre 1269.0 – 1282.4 нм 1293.5 – 1306.9 нм 1318.0 – 1331.4 нм 1342.5 – 1355.9 нм |
SC | XENPAK
X2 |
OM2: 0.3 | 1 | 4 | WDM
; линейное кодирование: 8b/10b × NRZ линейная скорость: 4x 3.125 Гбод = 12.5 Гбод Ширина моды: 500 МГц·км |
| OSx: 10 | |||||||||
| 10GBASE -SW |
802.3ae-2002 (CL50/52) |
актуальный | волокно 850 нм |
SC LC |
SFP+
XPAK |
OM1: 0.033 | 2 | 1 | WAN ; WAN-PHY; линейная скорость: 9.5846 Гбод непосредственно отображается на потоки OC-192/STM-64 SONET/SDH. -ZW: вариант -EW с более мощной оптической системой |
| OM2: 0.082 | |||||||||
| OM3: 0.3 | |||||||||
| OM4: 0.4 | |||||||||
| 10GBASE -LW |
802.3ae-2002 (CL50/52) |
актуальный | волокно 1310 нм |
SC LC |
SFP+
XENPAK XPAK |
OSx: 10 | 2 | 1 | |
| 10GBASE -EW |
802.3ae-2002 (CL50/52) |
актуальный | волокно 1550 нм |
SC LC |
SFP+ | OSx: 40 | 2 | 1 | |
| 10GBASE -ZW |
проприетарный (не описан IEEE) |
актуальный | OSx: 80 | ||||||
| 10GBASE -CR прямого подключения |
SFF-8431 (2006) |
актуальный | твинаксиальный балансный |
SFP+ (SFF-8431) |
SFP+ | 0.007 0.015 0.1 |
1 | 1 | Дата-центра Тип кабеля: пассивный твинаксиальный (до 7 м), активный (до 15 м), активный оптический (AOC): (до 100 м) |
| 10GBASE -KR |
802.3ap-2007 (CL49/72) |
актуальный | Медь по платам | N/A | N/A | 0.001 | 1 | 1 | Для печатных плат и объединительных плат |
| 10GBASE -SR |
802.3ae-2002 (CL49/52) |
актуальный | волокно 850 нм |
SC LC |
SFP+
XENPAK X2 XPAK XFP |
OM1: 0.033 | 2 | 1 | Ширина моды: 160 МГц·км (26 м), 200 МГц·км (33 м), 400 МГц·км (66 м), 500 МГц·км (82 м), 2000 МГц·км (300 м), 4700 МГц·км (400 м) |
| OM2: 0.082 | |||||||||
| OM3: 0.3 | |||||||||
| OM4: 0.4 | |||||||||
| 10GBASE -SRL |
проприетарный (не описан IEEE) |
актуальный | волокно 850 нм |
SC LC |
SFP+
XENPAK X2 XFP |
OM1: 0.1 | 2 | 1 | |
| OM2: 0.1 | |||||||||
| OM3: 0.1 | |||||||||
| OM4: 0.1 | |||||||||
| 10GBASE -LR |
802.3ae-2002 (CL49/52) |
актуальный | волокно 1310 нм |
SC LC |
SFP+
XENPAK X2 XPAK XFP |
OSx: 10 | 2 | 1 | |
| 10GBASE -LRM |
802.3aq-2006 (CL49/68) |
актуальный | волокно 1300 нм |
SC LC |
SFP+
XENPAK X2 |
OM2: 0.22 | 2 | 1 | Ширина моды: 500 МГц·км |
| OM3: 0.22 | |||||||||
| 10GBASE -ER |
802.3ae-2002 (CL49/52) |
актуальный | волокно 1550 нм |
SC LC |
SFP+
XENPAK X2 XFP |
OSx: 40 | 2 | 1 | |
| 10GBASE -ZR |
проприетарный (не описан IEEE) | актуальный | OSx: 80 | -ER с более мощной оптикой | |||||
| 10GBASE -PR |
802.3av-2009 | актуальный | волокно передача: 1270 нм приём: 1577 нм }} |
SC | SFP+
XFP |
OSx: 20 | 1 | 1 | 10G EPON |
Существует два основных типа оптического волокна для использования с 10-гигабитным Ethernet: (SMF) и (MMF). В одномодовом луч света следует по единому пути через волокно, а многомодовом - по нескольким путям, что приводит к различным задержкам мод (DMD). SMF используется для связи на больших расстояниях, а MMF - для расстояний менее 300 метров. SMF использует волокно с более узкой сердцевиной (диаметр 8.3 мкм), которое требует более точных работ по оснащению разъёмами, сварке и подключению. MMF применяет волокно с более широким диаметром сердцевины (50 или 62,5 мкм), его преимуществом является возможность использования недорогих поверхностно-излучающих лазеров с вертикальным резонатором (VCSEL) на коротких расстояниях. Кроме того, многомодовые разъёмы дешевле и проще в обработке. Преимуществом одномодовых кабелей является их работоспособность на больших расстояниях.
Стандарт 802.3 предполагает использование MMF волокон, соответствующий требованиям FDDI : они используют сердечник диаметром 62,5 мкм и минимальную в 160 МГц·км на 850 нм. Такие волокна использовались с начала 1990-х годов для сетей FDDI и 100BaseFX . Стандарты 802.3 также ссылается на ISO/IEC 11801 , в котором описаны многомодовые волокна OM1, OM2, OM3 и OM4. Тип OM1 также использует диаметр 62,5 мкм, а остальные - 50 мкм. Для света с длиной волны 850 нм минимальная модальная полоса пропускания составляет 200 МГц·км для OM1, 500 МГц·км для OM2, 2000 МГц·км для OM3 и 4700 МГц·км для ОМ4. Кабели FDDI-класса считаются устаревшими и новые структурированные кабельные системы используют волокна типов OM3 или OM4. Тип OM3 позволяет передавать сигналы 10GbE на расстояния до 300 метров с использованием недорогих модулей 10GBASE-SR (тип OM4 может работать на расстояниях до 400 метров).
Оптоволоконные кабели разных типов выполняются с различным цветом внешней изоляции. Одномодовое волокно обычно использует жёлтый цвет, многомодовое - оранжевый (для типов OM1 и OM2) или сине-зелёный (типы OM3 и OM4). Однако в волоконнооптических системах нет обязательной цветовой маркировки в зависимости от скоростей и технологий (за исключением зеленого цвета хвостовиков разъёмов с угловой полировкой APC).
Также применяются активные оптические кабели (AOC), в которых оптоэлектронные преобразователи непосредственно подключены к оптическому кабелю, без использования обслуживаемых оптических разъёмов. Преобразователи подключаются непосредственно в модульные гнёзда сетевых карт и коммутирующих устройств. Подобные кабели дешевле, чем полноценные модульные оптические решения, поскольку производитель может подобрать электронные и оптические компоненты, соответствующие используемой длине кабеля и типу волокна.
Приемопередатчики стандарта 10GBASE-SR («short range») применяются с и используют лазеры на 850 нм. 64бит/66бит определен в IEEE 802.3 Clause 49, а в Clause 52. Стандарт обеспечивает передачу сериализованных данных на скорости в 10,3125 Гбод.
Расстояния зависят от типа многомодового волокна.
Инфраструктура MMF дешевле, чем для SMF за счет недорогих разъёмов. Цена на разъёмы ниже для волокон с большим диаметром сердцевины, так как им не требуется высокая точность изготовления.
Передатчики 10GBASE-SR реализуются с недорогими и маломощными лазерами типа VCSEL . При использовании оптических кабелей типа OM3 и OM4 (их иногда называют оптимизированными для лазеров) достигается дальность до 300-400 метров. Приемопередатчики 10GBASE-SR представляют собой оптические модули с самой низкой стоимостью, небольшой мощностью и имеют малый форм-фактор.
На 2011 год на модули 10GBASE-SR приходилось около четверти от общего объёма поставленных портов 10GbE.
Существуют нестандартные более недорогие варианты, иногда обозначаемые как 10GBASE-SRL (10GBASE-SR lite). Они взаимно совместимы с 10GBASE-SR, но работают на расстояниях только до 100 метров.
Стандарт 10GBASE-LR («long reach») применяется с одномодовым волокном и использует лазеры на 1310 нм. PCS 64бит/66бит определён в IEEE 802.3 п. 49, а PMD - в п. 52. Стандарт обеспечивает передачу сериализованных данных на скорости в 10,3125 Гбод.
В технологии 10GBASE-LR передача осуществляется лазерами на базе интерферометров Фабри-Перо или лазерами с распределенной обратной связью (DFB). Такие лазеры стоят дороже, чем VCSEL, но имеют высокую мощность и большую длину волны, что позволяет эффективно передавать сигналы по тонким одномодовым волокнам на большие расстояния. Типичные расстояния для 10GBASE-LR достигают 10 километров, хотя оно зависит от типа применяемого волокна.
Вариант 10GBASE-LRM («long reach multi-mode») изначально определён в IEEE 802.3aq для многомодового волокна и 1310 нм лазеров. Типичные расстояния - до 220 или 300 метров. Применяется PCS 64бит/66бит из IEEE 802.3 п. 49 и PMD из 68. Стандарт обеспечивает передачу сериализованных данных на скорости в 10,3125 Гбод.
Приемопередатчики 10GBASE-LRM допускают использование на расстояниях до 220 метров по волокну класса FDDI и до 220 метров на типах OM1, OM2, OM3. 10GBASE-LRM не достигает расстояний, которые могут быть реализованы на более старых технологиях 10GBASE-LX4. Отдельные производители, например Cisco и HP заявляют, что их оптические модули могут работать на расстояния до 300 метров.
Некоторые приёмопередатчики 10GBASE-LRM работают на расстояниях до 300 метров, используя стандартное одномодовое волокно (SMF, G.652), однако такая комбинация не является частью стандарта IEEE или каких-либо соглашений.
Приёмники 10GBASE-LRM используют эквалайзер типа «electronic dispersion compensation» (EDC).
Стандарт 10GBASE-ER («extended reach») использует одномодовое волокно и мощные 1550 нм лазеры. Применяется PCS 64бит/66бит из IEEE 802.3 п. 49 и PMD из п. 52. Стандарт обеспечивает передачу сериализованных данных на скорости в 10,3125 Гбод.
В технологии 10GBASE-ER передача осуществляется лазером с внешней модуляцией (EML) .
Приемопередатчики 10GBASE-ER позволяют передавать 10-гигабитный Ethernet на расстояние до 30-40 километров.
Некоторые производители предлагают модули для работы на расстояниях до 80 км под названием 10GBASE-ZR. Такие физические параметры не стандартизованы в рамках IEEE 802.3ae и обычно используются спецификации для 80 км среды из стандартов OC-192 / /SONET.
10GBASE-LX4 - тип портов с поддержкой многомодовых и одномодовых волокон. Применяется четыре отдельных лазера, каждый на скорости 3.125 Гбит/с и грубое WDM -уплотнение каналов: каждый лазер использует собственную длину волны в окне прозрачности 1310 нм. Используется PCS из IEEE 802.3 Clause 48 и PMD из Clause 53.
LX4 допускает работу на расстояниях до 300 метров при использовании многомодовых волокон класса FDDI, OM1, OM2 и OM3 (все эти типы имеют минимальную модальную полосу пропускания в 500 МГц×км в области 1300 нм).
Также приемопередатчики 10GBASE-LX4 могут работать на расстояниях до 10 км на одномодовых волокнах.
10GBASE-CX4 - первый вариант передачи 10-гигабитного Ethernet при помощи медных технологий, описанный в 802.3 (стандарт 802.3ak-2004). Используется PCS XAUI с 4 парами (Clause 48) и медных кабели, сходные с кабелями для технологии InfiniBand. Максимальные расстояния составляют около 15 метров. Каждая дифференциальная пара передает 3.125 Гбод сигналов.
Преимущества 10GBASE-CX4 заключаются в потребляемой мощности, невысокой стоимости и низкой. Однако разъёмы CX4 имеют большой форм-фактор, используются более громоздкие кабели, чем для более новых однопарных кабелей с модулями SFP+. CX4 также предлагает более короткие расстояния чем 10GBASE-T, а применяемый кабель более жесткий и значительно более дорогой, чем неэкранированная витая пара (UTP) категории 5 или категории 6.
Поставки оборудования с портами 10GBASE-CX4 очень малы , однако некоторые поставщики предлагают СХ-4 интерфейсы для 10GBASE Ethernet или для объединения нескольких коммутаторов в единый стек, отмечая чуть более низкую латентность CX4.
Два устройства с портами для подключения модулей форм-фактора SFP+ могут быть соединены специальным кабелем, разъемы которого имеют неразъёмные окончания в форме SFP+ модулей. Такие кабели называют «Direct Attach» (DA), «Direct Attach Copper» (DAC), 10GSFP+Cu, 10GBASE-CR, 10GBASE-CX1, SFP+, «10GbE Cu SFP cable». Короткое кабели прямого подключения используют сборку на основе пассивных твинаксиальных кабелей , в то время как более длинные, иногда называемые активными оптическими кабеля ми (AOC) используют коротковолновые оптические приёмопередатчики, интегрированные с оптическим кабелем. Оба типа кабеля подключаются непосредственно в разъём SFP+. Такие кабели прямого подключения имеет фиксированную длину кабеля, обычно от 1 до 7 м (в случае пассивных кабелей) или до 15 м (), или до 100 м в длину (активные оптические кабели). Аналогично варианту 10GBASE-CX4 эти кабели имеют низкий уровень потребления энергии, невысокую стоимость и низкие задержки передачи данных. В отличие от CX4 используются менее громоздкие кабели и более компактный форм-фактор SFP+. Кабели SFP+ прямого подключения сегодня является чрезвычайно популярными, они используются в большем числе портов, чем 10GBASE-SR .
Рабочая целевая группа 802.3ap разработала способы передачи 10 гигабитного Ethernet через объединительные платы, например в блейд-серверах и в маршрутизаторах и коммутаторах, применяющих сменные. 802.3ap позволяет передавать сигнал на расстояния до 1 метра по медным проводникам печатных плат, допускается использование двух разъёмов. Стандарт определяет два типа портов для 10 Гбит/с (10GBASE-KX4 и 10GBASE-KR ) и один тип для 1 Гбит/с (1000Base-KX). Опционально могут реализовываться: дополнительный слой для прямой коррекции ошибок (FEC) , протокол автоматического согласования, оценка качества линии для 10GBASE-KR (настройка приемного КИХ-фильтра с тремя выводами). Протокол автосогласования позволяет переключаться между 1000Base-KX, 10GBASE-KX4, 10GBASE-KR или 40GBASE-KR4 (802.3ba).
Современные конструкции объединительных панелей используют 10GBASE-KR вместо 10GBASE-KX4 .
Используются 4 параллельных канала передачи данных, физическое кодирование совпадает с 10GBASE-CX4 (пункт 48 стандарта IEEE 802.3).
Используется одна дифференциальная пара и физическое кодирование 10GBASE-LR/ER/SR (пункт 49 стандарта IEEE 802.3).
10GBASE-T (IEEE 802.3an-2006 ) - стандарт 2006 года, позволяющий передавать 10 Гбит/с Ethernet посредством неэкранированной или экранированной витой пары на расстояния до 100 метров (330100 метров (330 футов). Для достижения полной дальности в 100 метров требуется применение кабеля категория 6а, тогда как кабель категории 6 позволяет передавать данные на расстояния порядка 55 метров (в зависимости от качества установки и характеристик передачи сигналов до 500 МГц). Кабельная инфраструктура для 10GBASE-T обратно совместима с гигабитным стандартом Ethernet 1000Base-T, что позволяет производить постепенное обновление оборудования с 1 гигабита до 10. Оборудование с 10 гигабитными портами 10GBASE-T способно работать в стандарте 1000Base-T, используя скорости. В 10 гигабитном стандарте применяется дополнительное линейное кодирование , из-за чего локальные сети 10GBASE-T чуть более высокую латентность по сравнению с другими 10 гигабитными стандартами. Задержка передачи пакетов составляет от 2 до 4 микросекунд, по сравнению с 1-12 микросекундами в 1000Base-T (в зависимости от размера пакета ). Микросхемы с поддержкой локальных сетей 10GBASE-T доступны от нескольких компаний с 2010 года , они потребляют мощность порядка 3-4 Вт.
Технологии 10GBASE-T использует широко распространенный модульный разъём IEC 60603-7 8P8C, применявшийся для более медленных стандартов Ethernet по витой паре. Передаваемый по кабелю сигнал использует частоты до 500 МГц, для достижения этой частоты необходим сбалансированный кабель «витая пара» категории 6a или лучше (ИСО/МЭК 11801 поправка 2 или ANSI/TIA-568-С.2) для работы на расстояниях в 100 м. Кабели категории 6 могут передавать сигнал 10GBASE-T на более короткие расстояния, в случае соответствия ISO TR 24750 или TIA-155-A.
В стандарте 802.3an определяется модуляция физического уровня для 10GBASE-T. Используется (THP) и амплитудно-импульсная манипуляция с 16 дискретными уровнями (PAM-16), кодируемыми в рамках сигнального созвездия DSQ128 с символьной скоростью 800 млн символов в секунду. Перед кодированием применяется код прямой коррекции ошибок (FEC) по схеме 2 с малой плотностью проверок (LDPC). Кодируется 1723 бит, применяется матрица контроля четности на основе обобщенного кода Рида-Соломона над полем (2 6). Ещё 1536 бит не кодируются. В каждом блоке размером 1723+1536 битов, используется 1+50+8+1 битов для сигнализации и обнаружения ошибок и 3200 битов данных (время передачи блока составляет 320 нс). Эта схема является значительным усложнением по сравнению с тривиальным кодированием, используемым в стандарте 1000Base-T гигабитного Ethernet по витой паре.
Линейное кодирование из технологии 10GBASE-T послужило основой для разработки кодирования в новых стандартах 2.5 GBASE-T и 5GBASE-T (802.3bz) , которые реализуют скорости 2.5 или 5.0 Гбит/с при использовании медной кабельной инфраструктуры категорий 5e и 6 . Такие кабели не позволяют использовать 10GBASE-T, но могут применяться для 2.5 GBASE-T или 5GBASE-T, в случае, если эти скорости реализованы в оборудовании сетевых адаптеров и коммутаторов .
приемопередатчик SFP+ 10GBASE-T поддерживает максимальное расстояние передачи 30 метров на кабеле CAT6A & CAT7. Он подходит для верхней части стойки, середина строки (Мор), конец строки (ПНП). Это позволяет передачу 10G пропускной способности над существующей медной инфраструктурой без использования дорогих волокон SFP+ трансиверов.
Во время разработки стандартов 10-гигабитного Ethernet высокий интерес к использованию 10GbE в качестве транспорта в глобальных сетях (WAN) привёл к описанию физического уровня WAN для 10GbE. Этот уровень инкапсулирует Ethernet-пакеты в кадры SONET OC-192с и работает на чуть более низкой скорости 9.95328 Гбит/с, чем варианты для локальных сетей .
Физические уровни WAN используют те же оптические PMD технологии 10GBASE-S, 10GBASE-L, 10GBASE-E и обозначаются как 10GBASE-SW, 10GBASE-LW и 10GBASE-EW соответственно. PCS кодирование - 64бит/66бит по IEEE 802.3 п. 49 и PMD из п. 52. Также используется подслой совместимости WAN Interface Sublayer (WIS), определенный в п. 50, который добавляет дополнительную инкапсуляцию для совместимости с форматом фрейма данных SONET STS-192c .
Физические уровни WAN были разработаны для взаимодействия с OC-192/STM-64 SDH/SONET оборудованием с использованием облегченных кадров SDH/SONET на скорости 9.953 Гбит/с.
WAN PHY позволяет передавать сигнал на расстояния до 80 км в зависимости от типа волокна.
Основой гигабитного Ethernet является стандарт IEEE 802.3z , который был утвержден в 1998 году. Однако в июне 1999 года к нему вышло дополнение - стандарт гигабитного Ethernet по медной витой паре 1000BaseT .
Новый стандарт 10 Гигабит Ethernet включает в себя семь стандартов физической среды для LAN , MAN и WAN . В настоящее время он описывается поправкой IEEE 802.3ae и должен войти в следующую ревизию стандарта IEEE 802.3 .
10GBASE-CX4 - Технология 10 Гигабит Ethernet для коротких расстояний (до 15 метров ), используется медный кабель CX4 и коннекторы InfiniBand .
10GBASE-SR - Технология 10 Гигабит Ethernet для коротких расстояний (до 26 или 82 метров , в зависимости от типа кабеля), используется многомодовое оптоволокно. Он также поддерживает расстояния до 300 метров с использованием нового многомодового оптоволокна (2000 МГц/км).
10GBASE-LX4 - использует уплотнение по длине волны для поддержки расстояний от 240 до 300 метров по многомодовому оптоволокну. Также поддерживает расстояния до 10 километров при использовании одномодового оптоволокна.
10GBASE-T , IEEE 802.3an-2006 - принят в июне 2006 года после 4 лет разработки. Использует экранированную витую пару. Расстояния - до 100 метров.
Стандарт 10 Гигабит Ethernet ещё слишком молод, поэтому потребуется время, чтобы понять, какие из вышеперечисленных стандартов передающих сред будут реально востребованы на рынке.
Потребности в высокоскоростной и в то же время недорогой технологии для подключения к сети мощных рабочих станций привели в начале 90-х годов к созданию инициативной группы, которая занялась поисками нового Ethernet - такой же простой и эффективной технологии, но работающей на скорости 100 Мбит/с.
1995 год: комитет 802.3 утвердил стандарт Fast Ethernet, почти полностью повторяющий технологию Ethernet 10 Мбит/с, а специально созданный комитет 802.12 утвердил стандарт технологии l00VG-AnyLAN, которая сохраняла формат кадра Ethernet, но существенно изменяла метод доступа.
Технология Fast Ethernet сохранила в неприкосновенности метод доступа CSMA/CD, оставив в нем тот же алгоритм и те же временные параметры в битовых интервалах (сам битовый интервал уменьшился в 10 раз). Все отличия Fast Ethernet от Ethernet проявляются на физическом уровне.
Стандарты l00Base-TX/FX могут работать в полнодуплексном режиме.
Максимальный диаметр сети Fast Ethernet равен приблизительно 200 м, а более точные значения зависят от спецификации физической среды. В домене коллизий Fast Ethernet допускается не более одного повторителя класса I (позволяющего транслировать коды 4В/5В в коды 8В/6Т и обратно) и не более двух повторителей класса II (не позволяющих выполнять трансляцию кодов).
Технология Fast Ethernet при работе на витой паре позволяет за счет процедуры автопереговоров двум портам выбирать наиболее эффективный режим работы - скорость 10 Мбит/с или 100 Мбит/с, а также полудуплексный или полнодуплексный режим.
В технологии l00VG-AnyLAN арбитром, решающим вопрос о предоставлении станциям доступа к разделяемой среде, является концентратор, поддерживающий метод Demand Priority - приоритетные требования. Метод Demand Priority оперирует с двумя уровнями приоритетов, выставляемыми станциями, причем приоритет станции, долго не получающей обслуживания, повышается динамически.
Концентраторы VG могут объединяться в иерархию, причем порядок доступа к среде не зависит от того, к концентратору какого уровня подключена станция, а зависит только от приоритета кадра и времени подачи заявки на обслуживание.
Технология l00VG-AnyLAN поддерживает кабель UTP категории 3, причем для обеспечения скорости 100 Мбит/с передает данные одновременно по 4-м парам. Имеется также физический стандарт для кабеля UTP категории 5, кабеля STP Type 1 и волоконно-оптического кабеля.
10 гигабит: шаг вперед или в сторону?
Сергей Самохин
На проводившейся в мае этого года в Лас-Вегасе (шт. Невада) выставке NetWorld+Interop была продемонстрирована 10-гигабитная сеть общей протяженностью 200 км. Сеть объединяла устройства, изготовленные более чем двадцатью различными фирмами. Этот факт свидетельствует о том, что данная технология вступает в пору зрелости.
огласно семиуровневой модели OSI (Open System Interconnect - межсоединение открытых систем) Ethernet является протоколом второго уровня. Стандарт 10 Gigabit Ethernet использует протокол доступа к среде (MAC), минимальную, максимальную длину и структуру пакета, совпадающие со спецификациями IEEE 802.3. Как и Gigabit Ethernet, новый стандарт использует только полнодуплексный режим работы, что позволяет исключить коллизии и более полно реализовать потенциал среды передачи. Однако между ними существует и различие - технология передачи по медным проводам на сколько-нибудь значительное расстояние изначально не планировалась. Зато предусмотрено несколько способов передачи по различным типам оптоволоконного кабеля, что позволяет получить максимальную дистанцию от 26 м до 40 км.
Для того чтобы максимально использовать существующую инфраструктуру (уже проложенный оптоволоконный кабель), разработчикам стандарта пришлось пойти на введение нескольких не совместимых друг с другом физических интерфейсов, а сам физический уровень модели OSI был разбит на несколько подуровней. Первым подуровнем физического уровня является XGMI (10 Gigabit Media Independent Interface - независимый от среды интерфейс 10 гигабит). Он представляет собой полнодуплексную шину шириной 32 бит на прием и передачу и набор управляющих сигналов. Будучи строго синхронным, этот интерфейс, согласно рекомендациям, не может быть длиннее 7 см. Для соединения устройств уровня данных и физического на относительно больших расстояниях (до 50 см) разработан опциональный последовательный интерфейс XAUI (10 Gigabit Attachment Unit Interface - интерфейс 10 гигабит для присоединения устройств). Ниже расположен подуровень PCS (Physical Encoding Sublayer - подуровень физического кодирования). Он имеет три варианта. Первый - 64B66B - используется при одноканальной передаче в локальных и глобальных сетях. Второй - 8B10B - применяется только в локальных сетях при четырехканальной передаче с использованием WWDM (Wide Wave Division Multiplexing - мультиплексирование по длине волны). При этом передача осуществляется одновременно четырьмя лазерами, имеющими различные длины волн (цвета). Третий вариант предусматривает кодирование 64B66B, но в него дополнительно включен подуровень WIS (WAN Interface Sublayer - подуровень интерфейса с WAN), который производит преобразование в формат кадра SONET и синхронизацию.
Еще ниже лежит подуровень PMA (Physical Medium Attachment - подключение к физической среде), который осуществляет окончательную подготовку данных к отправке. Наконец, в самом низу находятся лазер и фотоприемник (один или четыре), реализующие подуровень PMD (Physical Media Dependent - физический, зависящий от среды). Разнообразие подуровней PMD объясняется тем, что для работы с различными типами оптоволоконного кабеля требуются разные длины волны ИК-излучения, в зависимости от материала, из которого изготовлена светопроводящая жила. Обозначения типов 10 Gigabit Ethernet в зависимости от рабочей длины волны и типа кодирования приведены в табл. 1 .
В зависимости от длины волны и типа кабеля (одно- или многомодовый) дальность, на которой осуществляется связь, может изменяться от 26 м до 40 км. Максимальная дальность для различных типов кабеля и разновидностей 10 Gigabit Ethernet приведена в табл. 2 .
Появление новой технологии диктуется прежде всего растущими требованиями к увеличению объемов передаваемых по сетям Ethernet данных, которые можно удовлетворить за счет повышения скорости передачи. Теперь, с появлением стандарта IEEE 802.3 ae, Ethernet становится технологией, допускающей тысячекратное масштабирование - от 10 МГц до 10 ГГц. Это означает, что пакет, покинув десятимегагерцевую сетевую карточку на пользовательском компьютере, может пройти через несколько коммутаторов, пропутешествовать 40 км со скоростью 10 гигабит и, пройдя ряд обратных преобразований, попасть на такую же карточку, установленную у другого пользователя. Причем на всем пути логика его обработки будет совершенно одинаковой.
На первый взгляд появление стандарта 10GBASE-XX кажется вполне логичным, эволюционным развитием технологии Ethernet. Однако попробуем воспользоваться эмпирическим правилом, которое гласит, что на каждый герц частоты последовательного интерфейса приходится один герц тактовой частоты процессора. Получается, что только для загрузки сетевого интерфейса потребуется процессор с тактовой частотой 20 ГГц. Но процессор должен выполнять еще и некоторую полезную работу, так что его тактовая частота должна быть повышена как минимум до 40 ГГц. Увеличением количества процессоров требуемой скорости обработки добиться также сложно, поскольку при этом возрастают накладные расходы.
Поэтому можно предположить, что, по крайней мере на первом этапе, 10 Gigabit Ethernet будет применяться для соединения групп пользователей и устройств. Такой характер носят прежде всего большие сети (WAN) и сети масштаба города (MAN). Однако и в локальных сетях новая технология может найти применение довольно быстро, особенно при подключении устройств хранения данных (NAS и SAN), а также для организации высокопроизводительных магистралей.
Подключение накопителей и групп накопителей к сети 10 Gigabit Ethernet открывает широкие возможности для внедрения протокола iSCSI (SCSI поверх Интернета), так как пропускная способность вдвое превышает максимально достижимую при подключении устройств напрямую по интерфейсу Ultra320 SCSI (320 × 16 = 5120 бит/с). Это дает как выигрыш в пропускной способности интерфейса, так и возможность разместить накопители вне офиса, в безопасном месте.
Применение технологии 10 Gigabit Ethernet в сетях масштаба города позволит, с одной стороны, повысить пропускную способность в 10 раз, а с другой - упростить администрирование за счет применения одной и той же архитектуры на всех уровнях обмена данными согласно эталонной модели OSI.
Наибольшую выгоду применение технологии 10 Gigabit Ethernet сулит в глобальных сетях (WAN). Наличие физического уровня для глобальных сетей (WAN PHY) обеспечивает дешевый и эффективный способ подключения сетей на основе Ethernet к существующей инфраструктуре SONET/SDH. Это позволяет подключать пакетно-ориентированные коммутаторы сетей IP/Ethernet к синхронным сетям SONET/SDH и аппаратуре временного уплотнения (time division multiplexing, TDM).
Необходимо понять, что Ethernet была и остается асинхронной, пакетно-ориентированной технологией обмена данными, при которой синхронизация поддерживается только на уровне пакетов. Каждый концентратор, коммутатор или маршрутизатор, приняв пакет, может произвести его пересинхронизацию. Синхронные протоколы, такие как SONET/SDH, требуют от всех устройств, участвующих в обмене данными, полного синхронизма во избежание ухода тактовой частоты и связанных с этим ошибок.
Подуровень WAN PHY позволяет подключать такие устройства, как коммутаторы и маршрутизаторы, непосредственно к синхронным сетям SONET/SDH. Таким образом, два маршрутизатора будут вести себя так, как если бы они были соединены друг с другом напрямую, через обыкновенный сегмент Ethernet.
Для облегчения администрирования глобальных сетей на основе 10 Gigabit Ethernet WAN PHY обеспечивает служебную информацию по соединениям SONET/SDH, что позволяет управляющему персоналу отслеживать и администрировать соединения через WAN PHY согласно их истинной природе.
Таким образом, технология Ethernet почти утратила свой первоначальный абсолютно асинхронный характер; ушел в прошлое и метод доступа к среде CSMA/CD, делавший сети Ethernet во многом почти непредсказуемыми. И самое главное - Ethernet сделала очередной шаг по превращению в средство телекоммуникации в традиционном его понимании.
КомпьютерПресс 10"2002
Деятельность по разработке стандарта 10 GE началась в 1999 году, но датой рождения 10-ти гигабитного Ethernet можно считать 13 июня 2002 г., именно тогда IEEE одобрил окончательную версию проекта стандарта 802.3ae. Первая экспериментальная сеть на его основе была построена в 2002 году в Лас Вегасе (США). Цена за порт в то время составляла около $100 тыс.
Технология 10 Gigabit Ethernet мало отличается от первоначального варианта Роберта Меткалфа почти чертветьвековой давности. Используется прежний формат заголовка, 8-байтовая преамбула, минимальный размер кадра в 64 байта... Самым большим изменением можно считать свершившийся наконец де- юре полный отказ от протокола CSMA/CD. Тогда подразумевалось, что 10 Gig будет работать только по оптоволокну, а значит неизбежно в дуплексном режиме, а от использования концентраторов (хабов) полностью отказались еще в гигабитных сетях.
Строение физического интерфейса вполне типично, он состоит из трех уровней: PCS (Physical Coding Sublayer), отвечающий за управление передаваемыми битовыми последовательностями, PMA (Physical Medium Attachment) - преобразование группы кодов в последовательный поток бит и обратно, плюс синхронизация, и PMD (Physical Media Dependent), преобразующий биты в оптические сигналы. Традиционно, они выполнены логически независимыми друг от друга частями.
Со стандартами физических интерфейсов (PHY) история получилась не слишком простая.
Сначала на каждую из длин волн был предложен свой PMD - 10GBASE-S для 850нм (от short), 10GBASE-L для 1310нм (long) и 10GBASE-E для 1550нм (extra long). Это весьма похоже на уже привычные гигабитные интерфейсы как по смыслу, так и по буквенным сокращениям.
Но затем началось расширение стандартизации, потому что в то время IEEE "болел" переходом от локальных (LAN) и распределенных (WAN) сетей. Более того, момент получился удачный - пропускная способность SONET/SDH канала ОС-192 очень близка к 10 Гбит/сек. Были предложены отдельные LAN PHY ("R") и WAN PHY ("W"), что в сочетании с тремя основными интерфейсами дало многообразие из шести вариантов.
10GBASE-SR (10GBASE-SW);
10GBASE-LR (10GBASE-LW);
10GBASE-ER (10GBASE-EW).
Технически WAN-расширение выглядело как добавление специального WAN Interface Sublayer (WIS) между уровнями PCS и PMA. В результате при одном и том же MAC-уровне на передачу "в лазер" могли идти как кадры Ethernet (10,3125 гигабит, 16*644 Mb/s), так и SONET/SDH (9,95 гигабит, 16*622 Mb/s).
Важно отметить, что предлагался единый интерфейс именно на MAC-уровне, формат XGMII. Различие Ethernet/SDH уже было заложено аппаратно в сам оптический интерфейс. Практика показала, что это было не слишком удобное решение (и оно было позже исправлено а формате XFP), но об этом ниже. Стремление подружить WAN и LAN версии окончилось не слишком успешно. Оптические спецификации (синхронизация, задержки, и т.п.) остались различными. Несмотря на то, что Ethernet успешно упаковывается в полезную нагрузку фрейма SONET/SDH, соединение с L3 интерфейсами, основанными на стеке протоколов PPP/HDLC невозможно. Так что WAN-версия 10G используется в основном для соединения с ОС-192, например транспондером DWDM. На этом сложности стандартизации оптических интерфейсов 10G не закончились. Выяснилось, что для мультимодового кабеля характерно сильное рассеивающее действие на лазерное излучение со стороны неоднородностей, сконцентрированных на оси сердцевины многомодового волокна. Как следствие - большая дифференциальная модовая задержка DMD, сокращающая дальность работы линий на старом волокне с сердцевиной 65,5 нм буквально до 20-30 метров.
"Новое" 50-ти нанометровое волокно ситуацию улучшало, но даже до 100 метров дотянуть параметры не удавалось. Было разработано специальное мультимодовое волокно (TIA-492AAAC) с улучшенным DMD, на нем линия удлинялась до 300 метров.
Поэтому был разработан специальный тип 10GBASE-LX4, который работал на одном физическом канале как 4 параллельные линии на скорости 3,125 Гб/с, 1310 нм с технологией спектрального уплотнения WWDM. Это позволило работать на 300 метров при использовании обычного мультимодового волокна, и до 10 км на одномодовом. Но достигнуто это было путем существенного удорожания приемопередатчиков.
Важно отметить, что этот стандарт не имеет своего WAN-аналога, так как для сетей Sonet/SDH мультимодовый кабель давно не применяется. Более того, мультимод в настоящее время практически вышел из употребления и в Ethernet-сетях, поэтому стандарт 10GBASE-LX4 представляет собой скорее исторический интерес, нежели практический. И в дальнейшем, ниже по тексту, упоминаться не будет совсем.
Следующий стандартизационный рывок был сделан относительно недавно, и похоже, на этом все не прекратится. Помимо IEEE был введен тип XENPAK 10GBASE-ZR с дальностью до 80 км. В тоже время, был практически отвергнут 10GBASE-LRM (работает на 300 метров по мультимоду на одной длине волны за счет электронной компенсации дисперсии, EDC), который ожидался к принятию в 2006 году.
дальность работы
По рабочему расстоянию удобно свести стандарты в таблицу 1.
Таблица 1.
| Стандарт LAN | Тип волокна | Бюджет, Дб | Дальность, м | Длина волны, нм | Тип излучателя | Стандарт WAN |
| 10GBASE-SR | ММ, сердечник 62нм | 26 | 850нм | VCSEL | 10GBASE-SW |
|
| 10GBASE-SR | ММ, сердечник 50нм | 82 | 850нм | VCSEL | 10GBASE-SW |
|
| 10GBASE-SR | ММ, с улучшенным DMD | 300 | 850нм | VCSEL | 10GBASE-SW |
|
| 10GBASE-LX4 | MM | 300 | 1310нм | 4*DFB | неприменим |
|
| 10GBASE-LX4 | SM | 9,4 | 10 000 | 1310нм | 4*DFB | неприменим |
| 10GBASE-LR | SM | 9,4 | 10 000 | 1310нм | DFB | 10GBASE-LR |
| 10GBASE-ER | SM | 15 | 40 000 | 1550нм | EML | 10GBASE-ER |
| 10GBASE-ZR | SM | 23 | 80 000 | 1550нм | EML | не IEEE |
| 10GBASE-LXM | MM | 300 | 1310нм | DFB с EDC | неприменим |
Этот формат стал первым универсальным модулем. Хотя до этого существовали устройства с оптическими интерфейсами, например модуль для Cisco Catalist 6500 WS-x6502-10GE имел возможность использования сменных вставок WS-G6483 (10GBASE-ER) или WS-G6488 (10GBASE-LR). Громоздкая и неудобная конструкция, понятно, почему появилась необходимость в 10-ти гигабитном аналоге модулей GBIC|SFP.
Работа над MSA XENPAK (Multi-Source Agreement, соглашение о спецификациях, которые поставщики заключают для продвижения технологии) было инициировано 12 марта 2001 г. компаниями Agilent Technologies и Agere Systems (бывшая Microelectronics Group Lucent Technologies), и сегодня оно является открытым для любой организации. Декларировалась полная поддержка стандарта IEEE 802.3ae. Официальный сайт проекта XENPAK - xenpak.org, но особой информации на нем нет - сайт предназначен в основном для разработчиков.
Модули XENPAK подключаются через 70-ти контактный интерфейс XAUI (10 Gigabit Attachment Unit Interface), в котором реализуются четыре параллельных канала по 3,125 Гбит/с.
Технические особенности:
Интерфейс XAUI 4*3,125G;
Размер устройства - 126*36*17 мм;
Потребление электроэнергии 8-10 Вт;
Коннектор 70 pin;
Оптический разьем SC;
Используется, к примеру, в Cisco серии 6500, CRS-1;
Не поддерживает скорости, отличные от 10GB.
В настоящее время XENPAK постепенно теряют популярность и вытесняются форматами X2 и XFP. Причиной этого являются большие габариты и существенное тепловыделение.
X2 и XPAK
Модули Х2 сразу позиционировались лишь как косметическое развитие XENPAK. Проект официально стартовал 22 июля 2002 (сайт, весьма похожий на xenpak.org по дизайну - x2msa.org) при поддержке Agere Systems, Agilent Technologies, JDS Uniphase, Mitsubishi Electric, NEC, OpNext, Optillion и Tyco Electronics.
X2 в полтора раза меньше XENPAK, и полностью поддерживает спецификации XENPAK MSA, включая электрические параметры интерфейса ввода/вывода, 70- ти контактный разъем, тепловые режимы и параметры электромагнитной совместимости. Однако, его энергопотребление более чем в два раза меньше (4 Вт против 8-10), что очень важно для многопортовых устройств.
Второе важное отличие - X2 унифицированы с модулями XPAK, которые никогда не использовались в оборудовании Ethernet и применялись в сетевых адаптерах и дисковых массивах. Поэтому X2 получил поддержку скоростей 10G Fiber Cannel, 10,5 Gb/c.
И третье изменение - смена способа крепления, в отличие от Xenpak, который крепится за корпус устройства внешними болтами, X2 крепится за сам разъем, установленный на печатной плате (подобно GBIC и SFP). Это значительно удобнее и проще.
Рис. 1. Внешний вид XPAK.
Технические особенности X2:
Интерфейс XAUI 4*3,125G;
Размер устройства - 100*36*12 мм;
Потребление электроэнергии 4 Вт;
Коннектор 70 pin;
Оптический разьем SC;
Используется, к примеру, в Cisco серии 4500, 3750E;
Поддерживает скорости, отличные от 10GB, - 10G FC 10,5 Gb/c.
Разработка этих модулей стартовала 4 марта 2002 и явно проходила под влиянием гигабитного стандарта SFP, и, по сути, это было предложение новой, совершенно отличной от XENPAK, концепции миниатюрных модулей. Инициаторами MSA (xfpmsa.org) выступили Broadcom Corporation, Brocade, Emulex Corporation, Finisar, JDS Uniphase, Maxim Integrated Products, ONI Systems, ICS (a Sumitomo Electric company), Tyco Electronics и Velio. Основными достоинствами разработки считаются большой список поддерживаемых скоростей (практически все возможные "около" 10 гигабит), и миниатюрные размеры.
Эти возможности легко понять, рассмотрев схему модулей XFP (рис. 2).
Рис. 2. Схема XFP 10G.
Кодирование битовой последовательности (PCS) вынесено из модуля на основное устройство, и сам XFP является по сути универсальным
последовательным преобразователем, которому все равно, что передавать в линию (что очень похоже на привычные гигабитные SFP).
Внешний вид модуля показан на рис. 3.
Рис. 3. Внешний вид XFP.
Технические особенности:
Интерфейс XFI 1*10G;
Размер устройства - 78*18*10 мм;
Не поддерживает стандарт 10GBASE-LX4;
Потребление электроэнергии - 3,5 Вт;
Коннектор 30 pin;
Оптический разьем LC;
Используется, к примеру, в Cisco серии 12000;
Поддерживает скорости, отличные от 10GB (10.3 Gb/s), - ОС-192/STM-64 9,95 Gb/c, 10G FC 10,5 Gb/c, G.709 10,709 Gb/c.
10GB твинаксиал
Хотя этот вариант 10-ти гигабитного Ethernet не является оптическим, он так же далеко от витой пары, как и от "стекла". Частотные возможности твинаксиального (twin-axial) кабеля близки к оптическому, соответственно, используются похожие технические решения.
Рис. 4. Твинаксиальный кабель.
Разработка 10GBase-CX4 была начата рабочей группой IEEE 802.3ak в 2002 году. Он обеспечивает соединение 10G на расстояние до 15 метров на базе твинаксиальных кабелей. Ориентирован этот вид на внутриузловые соединения.
Разработчики пошли примерно по тому же пути, как в вышеописанном 10GBASE-LX4. А именно, применили четырех дифференциальных передатчика и приемника на каждую линию. В каждом канале скорость 2,5 Гбит/с, тактовая частота 3,125 ГГц и кодированием по стандарту 8B10B (т.е. тому же, что и в LX4). Для этого требуются четыре дифференциальные пары, работающие в каждом направлении, и, соответственно, общее число твинаксиальных каналов в соединительном кабеле равно восьми.
Рис. 5. Модуль XFP 10GBase-cx4.
Сейчас 10GBase-cx4 практически не применяется на практике. Причина - оптические варианты 10G быстро стали дешевле и проще твинаксиальных (которые первоначально позиционировались как "экономичный" вариант). Более того, твинаксиальные кабельные сборки (infiband 4х) сами по себе весьма неудобны, не дешевы ($200-500) и не могут быть изготовлены в "полевых" условиях (в отличии от оптоволоконных патчкордов).
Из веб-энциклопедии wiki.nag.ru
