Ethernet mierzy w 100 Gb/s

Kilka lat temu 10G Ethernet wydawał się mrzonką, dlatego prace nad standardem 100 Gb/s trzeba rozpocząć już dziś.

Kilka lat temu 10G Ethernet wydawał się mrzonką, dlatego prace nad standardem 100 Gb/s trzeba rozpocząć już dziś.

Tradycją Ethernet jest 10-krotne zwiększanie szybkości transmisji. Jednocześnie za każdym razem, gdy pojawiała się taka koncepcja wielu ludzi mówiło, że nie ma praktycznej potrzeby takiego wzrostu, ale kolejna specyfikacja zawsze powstawała. Dlatego też wkrótce pojawi się również 100G Ethernet - powiedział Bob Metcalfe, twórca technologii Ethernet podczas konferencji Ethernet Expo w październiku 2005 r.

Czy ktokolwiek potrzebuje łączy, których wydajność kojarzy się raczej z science fiction, niż realnymi możliwościami? Odpowiedź jest pozytywna - już dziś są firmy, które w praktyce mogłyby rozważyć instalację takiej sieci, np. internetowe giełdy w Amsterdamie lub Tokio. Ta pierwsza już obecnie wykorzystuje sieć szkieletową o zagregowanej przepustowości 97,8 Gb/s.

Takie dyskusje i rozważania trwają już od kilku lat. Dedykowana grupa robocza nie została jeszcze utworzona w IEEE, ale wydaje się, że czas jej powstania zdecydowanie się przybliża. Jak wynika z ostatnich konferencji Ethernet Expo 2005, a także konferencji DesignCon 2006, która odbyła się w lutym br., zainteresowanie producentów nowym standardem szybko rośnie.

Przyspieszenie x 10

Przez ostatnie 30 lat przyzwyczailiśmy się do tego, że kolejne wersje Ethernet (z wyjątkiem pierwszej) są dziesięciokrotnie szybsze od poprzednich - od 10 Mb/s do obecnej wartości 10 Gb/s. Jednocześnie, zawsze gdy pojawiała się koncepcja przygotowania nowej specyfikacji, rozwijała się dyskusja, w której ścierali się zwolennicy i przeciwnicy 10-krotnego zwiększenia szybkości transmisji. Ci ostatni z reguły kwestionują praktyczną przydatność i opłacalność takiego pomysłu. Tak jest też z ideą opracowania standardu Ethernet 100 Gb/s.

W 2003 r. przewodniczący grupy roboczej IEEE, zajmującej się opracowywaniem standardów Ethernet, powiedział, że żaden producent nie wyraża formalnego zainteresowania kolejną wersją standardu, ale być może jest to cisza przed burzą. Wydaje się, że po ponad dwóch latach od tej wypowiedzi burza zaczęła rysować się na horyzoncie. Potrzeby wyraźnie wzrosły - choćby ze względu na upowszechnienie się dostępu szerokopasmowego.

Jednocześnie warto podkreślić, że do niedawna koncepcja Ethernet 100 Gb/s ścierała się z pomysłem wprowadzenia łatwiejszej do wprowadzenia specyfikacji 40 Gb/s (zgodnej m.in. ze standardami sieci DWDM i SONET OC-768). Ponieważ jednak przygotowanie kolejnego standardu przez IEEE trwa kilka lat, mogłoby się okazać, że w momencie zakończenia prac nad standardem potrzeby byłyby większe. Prawie na pewno doprowadziłoby to do powstania niestandardowych implementacji technologii 100 Gb/s Ethernet i opóźniło standaryzację.

Ale obecnie większość producentów zdecydowanie wspiera ideę przeskoczenia bieżących standardów. Nie chodzi tu o przywiązanie do "tradycji x10", ale o fakt, że nowa specyfikacja to wysiłek czasowy i finansowy, za który producenci będą chcieli zgarnąć premię od operatorów. Jej uzyskanie będzie bardziej prawdopodobne, jeśli nowy standard istotnie zwiększy pasmo, co pozwoli na uproszczenie sieci, a więc obniżenie kosztów operacyjnych przy kolejnej wymianie sprzętu. Jeśli operator potrzebuje łączy Ethernet szybszych niż 10 Gb/s, istnieje możliwość ich agregacji, na co pozwalają zarówno standard, jak i oferowane na rynku rozwiązania.

Praktyczna prezentacja 100G Ethernet

To, że koncepcja 100G Ethernet nie jest mrzonką już w ubiegłym roku praktycznie udowodnili naukowcy z Lucent Technologies Bell Labs, którzy jako pierwsi ogłosili, że testy prototypowej, światłowodowej sieci Ethernet o przepustowości 100 Gb/s zakończyły się sukcesem. Co więcej, opracowali oni dwie technologie umożliwiające efektywną implementację tego typu systemów w sieciach operatorskich.

Pierwsza wykorzystuje tzw. technikę DBS (DuoBinary Signaling), w której sygnały elektryczne mają trzy stany: dodatni, ujemny i zerowy. W porównaniu z tradycyjną techniką NRZ (Non-Return to Zero) sygnały DBS wymagają mniejszej szerokości pasma przenoszenia. W efekcie inżynierom z Lucent Technologies udało się zbudować kanał transmisji o przepustowości 107 Gb/s przy wykorzystaniu dostępnego dziś na rynku optycznego modulatora o nominalnej wydajności 40 Gb/s.

W drugim wypadku system stosował sygnały formatu NRZ i został zbudowany przy wykorzystaniu takiego samego modulatora, którego praca była wspomagana przez tzw. jednoukładowy korektor optyczny SCOE (Single-Chip Optical Equalizer) wynaleziony w Bell Labs dwa lata temu. Układ SCOE umożliwia eliminację zakłóceń transmisji i korygowanie zniekształceń sygnałów wywoływanych przez ograniczone pasmo przenoszenia modulatora. Również i w tym wypadku uzyskano przepustowość 107 Gb/s.

Ethernet 10 Gb/s po miedzi

Tymczasem grupa IEEE 802.3ap Task Force jest bliska zakończenia prac nad specyfikacjami 1000BASE-KX, 10GBASE-KX4 i 10GBASE-KR. Definiują one standardy umożliwiające transmisję sygnałów 1 Gb/s i 10 Gb/s Ethernet na odległość do 1 metra przy wykorzystaniu czterech miedzianych ścieżek na płytkach drukowanych. Tego typu rozwiązania umożliwią wykorzystanie Ethernetu do tworzenia wydajnych, krótkodystansowych linii transmisji danych w serwerach, pamięciach masowych lub innych urządzeniach sieciowych. Idealnie nadają się do realizacji idei RDMA (Remote Direct Memory Access), czyli bezpośredniej wymiany danych między pamięciami serwerów.

W porównaniu z innymi systemami najważniejszą zaletą IEEE 803.3ap ma być wykorzystanie istniejącego dorobku standardów z rodziny Ethernet, a w efekcie zmniejszenie kosztów implementacji i ułatwienie zapewnienia zgodności między urządzeniami różnych producentów. Ten etap prac nad rzeczywistą standaryzacją bywa bowiem najtrudniejszy i najbardziej kosztowny. Ostateczna specyfikacja IEEE 803.3ap zostanie jednak formalnie opublikowana najprawdopodobniej dopiero za rok.

Nieco wcześniej, bo latem br. światło dzienne ujrzy specyfikacja 10GBase-T definiująca standardy transmisji o wydajności 10 Gb/s przy wykorzystaniu nieekranowanej skrętki miedzianej (UTP). Największe problemy w implementacji takiej technologii są związane ze znacznie większymi wymaganiami na moc elektryczną, które mogą poważnie utrudnić budowę przełączników o dużej liczbie portów. Problemów nastręczają także mechanizmy umożliwiające efektywną kontrolę fluktuacji sygnałów, gdyż stosunek sygnał/szum w okablowaniu UTP przy transmisji z szybkością 10 Gb/s jest zbliżony do dopuszczalnej wartości granicznej.

Jeśli Ethernet, to i Fibre Channel

Gdy opracowywano Gigabit Ethernet, wiele jego rozwiązań było opartych na specyfikacji Fibre Channel 1 Gb/s. Następnie role się odwróciły - opracowywana właśnie standardowa specyfikacja Fibre Channel 10 Gb/s jest w części wzorowana na Ethernet 10 Gb/s. W obu standardach są wykorzystywane cztery kanały transmisji szeregowej o zbliżonej przepustowości 3,125 Gb/s (Ethernet) i 3,1875 Gb/s (FC). Fakt, że na poziomie modulacji sygnału obie technologie są do siebie zbliżone daje prawo przypuszczać, że po 100 Gb/s Ethernecie przyjdzie czas na 100 Gb/s Fibre Channel. Dzięki tak szybkim łączom FC możliwe byłoby uproszczenie dużych sieci SAN, a także podłączenie bardzo wielu serwerów do jednego portu macierzy dyskowej. Gdyby 100 Gb/s Fibre Channel został opracowany dla architektury FC-AL (Fibre Channel Arbitrated Loop), do jednej pętli FC w macierzy można by podłączyć nie 20 dysków FC, jak dzisiaj, lecz 500 dysków!


TOP 200