Будни технологии 10 Gigabit Ethernet
8 февраль, 2005 - 00:00Леонід Бараш Положение 10 GbE на рынкеСегодня технология Ethernet занимает лидирующее положение в секторе высокопроизводительных локальных сетей. Во всем мире предприятия вкладывают средства в кабельные системы и оборудование для Ethernet и в обучение персонала. Широкое распространение этой технологии позволяет удерживать низкие цены на рынке, а стоимость внедрения каждой новой генерации имеет тенденцию снижаться. Постоянный рост объема трафика в современных сетях заставляет операторов, администраторов и архитекторов корпоративных сетей присматриваться к более быстрым сетевым технологиям, чтобы решить проблему дефицита пропускной способности сетей. Добавление в семейство Ethernet стандарта 10 GbE позволит LAN поддерживать новые ресурсоемкие приложения. Технология 10 GbE отвечает критериям, которые делают ее естественным выбором для повышения производительности существующих сетей Ethernet:
•технология обеспечивает низкую по сравнению с альтернативными стоимость владения, включая как стоимость приобретения, так и поддержки, поскольку имеющаяся у заказчиков инфраструктура сетей Ethernet легко взаимодействует с 10 GbE;
•10 GbE привлекает администраторов знакомыми управлением и возможностью применить накопленный опыт, так как использует процессы, протоколы и средства управления, уже развернутые в существующей инфраструктуре;
•стандарт предоставляет гибкость при проектировании соединений между серверами, коммутаторами и маршрутизаторами;
•статус индустриального стандарта обеспечивает совместимость устройств от многих производителей.
Стандарт 10 GbE не только повысил скорость передачи данных до 10 Gbps, но и расширил возможности Ethernet как технологии для соединений узлов сети. Подобно Gigabit Ethernet (1 GbE) стандарт 802.3ае поддерживает как одномодовый, так и многомодовый оптоволоконный кабель, однако длина канала для одномодового волокна возросла с 5 км (для 1 GbE) до 40 км.
С развитием технологии 10 GbE и соответствующего рынка цены на оборудование снижаются. К тому же стандарт предусматривает использование недорогой оптики, не требующей охлаждения, и лазера поверхностного излучения с вертикальным объемным резонатором, который по сравнению с телекоммуникационными лазерами позволит понизить стоимость устройств, реализующих зависимый от среды уровень (Physical Medium Dependent -- PMD). К тому же индустрию поддерживает агрессивный полупроводниковый рынок, обеспечивающий решения со сверхвысокой интеграцией.
Каркас для системы связей
Системы связей, будь то между серверами или в SAN, традиционно являлись областью выделенных, часто закрытых (с патентованной технологией) сетей с относительно небольшой инсталлированной базой, по крайней мере по сравнению с Ethernet. Каналы связи строились на технологиях InfiniBand, Servernet, Myranet, Wulfkit или Quadrics и, как правило, обеспечивали исключительно высокие пропускную способность и производительность для достаточно коротких соединений (в большинстве случаев менее 20 м). Однако закрытые системы было довольно сложно устанавливать и обслуживать ввиду незначительного количества опытных профессионалов, хорошо знакомых с данными технологиями. Малые объемы инсталляций приводили к высокой стоимости серверных адаптеров и коммутаторов. К тому же закрытые решения не взаимодействовали между собой и с другими технологиями без специальных маршрутизаторов и коммутаторов.
В области SAN недостаток стандартов и проблемы взаимодействия привели к тому, что эту нишу сплошь заполнили соединения на базе Fibre Channel. Однако этой технологии также присущ ряд вышеперечисленных проблем, включая относительно дорогие адаптеры и порты, а также отсутствие прямого взаимодействия с другими сетевыми технологиями.
В настоящее время технология 10 GbE находит наиболее широкое применение в центрах обработки данных, использующих серверные фермы. Вычислительные системы на базе серверов-лезвий с высокой плотностью монтажа требуют для управления консолидированными данными каналов с большой пропускной способностью. Ряд решений на базе как оптоволокна, так и медных соединений уже присутствуют на рынке.
Среди оптических версий конкурируют в основном два стандарта: 10GBase-SR и 10GBase-LX4. Каждый имеет свои особенности. Первый предоставляет последовательный канал связи на базе как одномодового, так и многомодового оптоволокна длиной 30--80 м. Это самая распространенная сегодня технология для связи коммутаторов, серверов и устройств NAS в центрах обработки данных. Второй стандарт для передачи использует четыре параллельно работающих лазера, излучающих на разных длинах волн. Они могут либо передаваться по четырем многомодовым волокнам, либо мультиплексироваться с помощью технологии DWDM и передаваться по одному волокну. Длина канала в типичном случае может достигать 300 м. Главным минусом здесь являются сложность и дороговизна передатчика с четырьмя лазерами.
Одним из основных недостатков всех оптических технологий остается их высокая стоимость. Поэтому утверждение в начале прошлого года стандарта IEEE 802.3ak, или 10GBase-CX4, в котором предусмотрен в качестве среды передачи двужильный экранированный медный кабель (такой же, как в InfiniBand), без сомнений, ускорит внедрение 10 GbE для организации связи между устройствами в серверных комнатах. Двунаправленный канал образуется с помощью четырех отдельных пар в каждом направлении. Этот кабель более жесткий и тяжелый, чем неэкранированная витая пара Cat 5/6 и, естественно, более дорогой. Длина канала может достигать 15--20 м. Предполагается, что 10GBase-CX4 будет в основном применяться для подключения серверов или устройств NAS к коммутаторам в центрах обработки данных.
Однако весь мир корпоративных сетей с нетерпением и надеждой ждет завершения работы над спецификацией 10GBase-T, базирующейся на недорогой неэкранированной витой паре. Рабочая группа была сформирована IEEE в ноябре 2003 года, хотя производители начали собственные исследования несколько лет тому назад. Предполагается, что финальная версия стандарта будет готова в июле 2006 г. Разработка преследует такие основные цели:
•оставить неизмененным формат кадра или его минимальную и максимальную длину;
•реализовать только дуплексный обмен для соединений типа точка--точка в звездообразной сетевой топологии;
•обеспечить поддержку автосогласования (autonegotiation);
•обеспечить совместимость со стандартом 802.3af (Power over Ethernet);
•поддерживать длины каналов 20--40 м (для UTP Cat 5e), 55--100 м (Cat 6) и 100 м (для экранированной витой пары STP Cat 7).
10 GbE в городских и глобальных сетях
Gigabit Ethernet уже получил достаточно широкое распространение в качестве магистральной технологии в сетях масштаба города (MAN). Теперь же, используя соответствующие интерфейсы 10 GbE, оптические трансиверы и одномодовое волокно, операторы сетей и Интернета будут иметь возможность строить каналы длиной до 40 км, замыкая в кольцо городские сети.
Для применения в глобальных сетях стандарт предусматривает три оптических интерфейса (WAN PHY) с суффиксами SW, LW и EW. Первые буквы суффиксов соответствуют длинам волн, на которых происходит излучение. Так, S (от short) обозначает короткую длину волны (850 нм), L (long) -- длинную (1310 нм), а E (extra long) -- сверхдлинную (1550 нм).
Единственной целью этой разработки было стремление достичь совместимости 10 GbE и SONET OC-192/STM-64. Таким образом, данные версии стандарта интересуют в основном операторов сетей и услуг Интернета. Однако ими могут воспользоваться и корпорации для объединения своих географически разделенных локальных сетей.
Ethernet прошел проверку временем и стал наиболее распространенной сетевой технологией в мире. С ростом зависимости бизнеса от сетей и увеличением количества приложений, требующих высокой пропускной способности, операторы сетевых услуг ищут сетевые решения, которые были бы простыми и в то же время доступными. В этом смысле стандарт 10 GbE имеет целый ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с альтернативными сетевыми технологиями.