2016/08/18 17:53:12

Ethernet

Ethernét (эзернет, от лат. aether — эфир) — пакетная технология компьютерных сетей, преимущественно локальных. Технология Ethernet, рожденная как технология локаль­ных сетей, сегодня использу­ется при решении самых разных задач: от подключения разноо­бразных терминальных устройств и базовых станций сотовой связи до организации суперскоростных магистралей. Технологические и эконо­мические вопросы проектирования, построения и обслуживания сетей на базе Ethernet приходится решать при создании и эксплуатации любой со­временной коммуникационной инфраструктуры.

Содержание

Стандартный 8P8C коннектор, часто называемый RJ45

Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде — на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 1990-х годов, вытеснив такие устаревшие технологии, как Arcnet, FDDI и Token ring. Сообщество Ethernet Alliance продолжает развивать технологию.

Рынок Ethernet-коммутаторов локальных сетей

История Ethernet

2016: Разработка 6 новых стандартов скоростей

За предыдущие годы мир получил шесть стандартов Ethernet:

  • 10Mbps,
  • 100Mbps,
  • 1Gbps,
  • 10Gbps,
  • 40Gbps и
  • 100Gbps.

В 2016 году Ethernet-сообщество усиленно работает над реализацией новых стандартов скоростей:

  • 2.5Gbps,
  • 5Gbps,
  • 25Gbps,
  • 50Gbps,
  • 200Gbps и
  • 400Gbps – в течении следующих трех лет.

Высокочастотные реализации Ethernet стали ответом на возрастающие требования к полосе пропуская (скорости передачи информации). Однако десятикратное увеличение скорости Ethernet выдвигало новые требования к физической среде передачи.

На 2016 год наиболее распространёнными типами кабеля являются категории 5е и 6. Между тем, результатом развития беспроводных сетей стал стандарт 802.11ac, который может в определённых случаях предоставить беспроводное соединение со скоростью, значительно превышающей 1Gbps, а именно это является пределом для магистральных портов беспроводных точек доступа, которые одновременно получают электропитание через тот же кабель (Power over Ethernet). Факт того, что 70 миллиардов метров выпущенной витой пары категорий 5e и 6 по физическим соображениям не способны обеспечить скорость 10Gbps, привел к началу разработки Ethernet стандартов 2,5Gb и 5Gb BASE-T. Эти новые спецификации могут быть применены в существующей кабельной инфраструктуре, давая необходимый прирост скорости для корпоративных приложений, использующих стандарт 802.11ac.

Дорожная карта Ethernet Alliance 2016 года.

Тем временем, пока происходило быстрое распространение дата-центров на базе 10GbE и 40GbE, разработчики пришли к выводу, что легчайший путь для достижения полосы в 100Gb заключался в замене 10 дорожек в 10Gbps на 4 дорожки в 25Gbps. Также появилась потребность в скорости Ethernet, превышающей 100Gbps, что привело к разработке 400GbE.

Работа над этим высокоскоростным стандартом Ethernet отличалась от разработки 40Gb и 100Gb, так как были нужны новые технологии чтобы найти практическое решение 400Gb-ого Ethernet. Ниже показаны варианты, которые могут быть учтены в процессе разработки новых стандартов высоких скоростей, и каким образом они применялось к разработке целевой спецификации в 400Gbps.

Технологические решения для 400Gb Ethernet

Большое количество оптических волокон, работающих на 25Gbps, были выбраны в качестве решения для работы на 100 метрах на многомодовом оптическом волокне (MMF). В случае решений, работающих на одномодовом волокне(SMF), была выбрана работа на 50Gbps и выше, вместе с модуляцией высокого порядка PAM4. И в то время как решение для 500 метров использует PAM4 на 100Gbps в 4 волокнах, в решениях для 2км и 10км добавились дополнительные оптические лямбды, и они используют 8 лямбд на 50Gbps.

Пока проходили дебаты относительно различных технологий по достижению 400GbE, появилась другая стратегия развития. Разработка передачи на 25Gbps для поддержки 100GbE, включая работу на магистралях коммутаторов, медные двухпроводные экранированные кабели и многомодовое оптическое волокно, подтолкнули к осознанию того факта, что серверы с поддержкой 25GbE, использующие 100GbE для передачи данных, могут быть использованы таким же образом, как и 10GbE и 40GbE и привести к новому поколению больших дата-центров. Необходимый для данного скачка стандарт будет завершен в ближайшее время.

Вместе с предстоящим завершением данного стандарта, и с дата-центрами, развивающимися большими шагами, было обнаружено, опять же, что высокоскоростной Ethernet был необходим для нового поколения серверов за пределами 25GbE. И с новыми технологиями передачи на 50Gbps, разработанными для поддержки 400GbE, выбор очевиден – 50GbE.

Это, однако, ставит другой вопрос: что будет правильным сетевым решением? Учитывая успех 10GbE/40GbE, и внедрение 25GbE/100GbE, было определено что оптимальным решением для серверов является максимальная скорость передачи данных, при использовании сетевого решения, основанного на 4х-кратном увеличении этой скорости. Таким образом, индустрия сейчас находится в начальной стадии разработки 50GbE и 200GbE. Рисунок ниже показывает ситуацию, сложившуюся в Ethernet индустрии.

Как было сказано, Ethernet уже не разрабатывается в формате одной скорости для применения везде и всюду. Вместо этого появляются семейства Ethernet скоростей, основанные на различных технологиях передачи данных. Базовая скорость передачи и ее четырехкратное увеличение: первое поколение это 10GbE и 40GbE; следующее поколение это 25GbE и 100GbE; и последнее поколение 50GbE и 200GbE.

Решения, основанные на 2х и 8х, выглядят логичными и они реализуются. Стандарты передачи 100Gbps PAM4 находится в стадии разработки, таким образом четвертое поколение архитектуры дата-центров ясно просматривается на горизонте. Более того, если рассматривать разработку решения восьмикратного увеличения, основанного на 100Gbps, следующая скорость Ethernet после 400Gbps очевидно будет 800Gbps.

Ethernet продолжает эволюционировать и в это время мы видим как индустрия сфокусировалась на разработке множества новых стандартов Ethernet, увеличивая поток инвестиций в новое поколение технологий для достижения этого результата.

В это время Джон Д’Амброзия возглавляет Ethernet Alliance, глобальное объединение, направленное на достижение успеха и распространение Ethernet технологий. Он также главный инженер компании Huawei.

2012: Одобрен стандарт IEEE 802.3-2012

Основная статья: IEEE 802.3-2012 Стандарт Ethernet-сетей

Организация IEEE Standards Association, входящая в состав Института инженеров электротехники и электроники (IEEE), одобрила летом 2012 года стандарт Ethernet-сетей нового поколения - IEEE 802.3-2012.

2010: Энергоэффективный стандарт Ethernet (IEEE 802.3az IEEE Energy Efficient Ethernet)

Энергоэффективный стандарт Ethernet (IEEE 802.3az) уменьшает потребление энергии, автоматически и в реальном времени регулируя ее расход в соответствии с фактическим сетевым трафиком, создаваемым коммутаторами и другими сетевыми устройствами.

В декабре 2010 года компания HP объявила о том, что первой начнет поставки продукции, основанной на новом энергоэффективном стандарте Ethernet, разработанном при участии HP. Это позволит предприятиям уменьшить потребление энергии и эксплуатационные затраты на ИТ-оборудование.

Новые zl модули для коммутаторов HP E-Series являются первыми устройствами, построенными по стандарту IEEE Energy Efficient Ethernet, которые при отсутствии трафика способны переходить в «спящий режим» вслед за подключенными к ним EEE-устройствами. Благодаря усилиям компании HP, направленным на реализацию этого стандарта, заказчики получат выгоду от снижения потребления энергии как в коммутаторах, так и в оконечных устройствах, что должно сократить совокупную стоимость владения на 51%.

В периоды пониженной нагрузки энергоэффективные Ethernet-устройства переходят в «спящий режим», в котором энергопотребление снижается, но подключенные устройства можно задействовать сразу же, как только начнется передача данных. Этим достигается существенная экономия электроэнергии по сравнению с использованием традиционных коммутаторов, способных осуществлять лишь ограниченную корреляцию между потреблением энергии и фактическим трафиком.

Поскольку сетевые нагрузки носят преимущественно взрывной характер, сетевое оборудование является идеальной платформой для реализации энергоэффективных стандартов Ethernet, позволяющей автоматически регулировать потребление электроэнергии в зависимости от трафика.

Ожидалось, что в будущем стандарт IEEE Energy Efficient Ethernet будет использоваться во всех устройствах, включая серверы, портативные ПК и беспроводные точки доступа. Это уменьшит потребление энергии и, следовательно, снизит затраты на ИТ-инфраструктуру предприятия.

1990: IEEE утверждает стандарт 10Base-T

В сентябре 1990 г. IEEE утверждает стандарт 10Base-T.

1985: LattisNet

Следующим шагом развития Ethernet стала разработка стандарта 10Base-T, предусматривавшего в качестве среды передачи неэкранированную витую пару (Unshielded Twisted Pair - UTP). В основу этого стандарта легли разработки SynOptics Communications под общим названием LattisNet, которые относятся к 1985 г. В 10Base-T использовалась топологии "звезда", в которой каждая станция соединялась с центральным концентратором (hub). Такой вариант реализации устранял необходимость прерывания работы сети на время подключения новых станций и позволял локализовать поиск обрывов проводки до одной линии концентратор-станция. Производители получили возможность встраивать в концентраторы средства мониторинга и управления сетью.

1983: IEEE утвердил стандарт Ethernet 802.3

После выхода первых изделий, в июне 1983 г. IEEE утвердил стандарты Ethernet 802.3 и Ethernet 10Base5. В качестве среды передачи предусматривался "толстый" коаксиальный кабель, а каждый узел сети подключался с помощью отдельного трансивера. Такая реализация оказалась дорогостоящей. Дешевой альтернативой с применением менее дорогого и более тонкого коаксиального кабеля, стал 10Base2 или ThinNet. Станции уже не требовали отдельных трансиверов для подключения к кабелю. В такой конфигурации Ehternet начал победное шествие по просторам экс-СССР. Главными его преимуществами была простота развертывания и минимальное количество активного сетевого оборудования. Сразу же определились и недостатки.

На время подключения новых станций приходилось останавливать работу всей сети. Для выхода сети из строя достаточно было обрыва кабеля в одном месте, поэтому эксплуатация кабельной системы требовала от технического персонала проявлений прикладного героизма.

1981: 3Com представила 10 Мбит/с Ethernet-трансивер и Ethernet-адаптер для ПК

В марте 1981 г. 3Com представила 10 Мбит/с Ethernet-трансивер, а в сентябре 1982 г. - первый Ethernet-адаптер для ПК.

1980: Формирование группы 802 в IEEE для работы над стандартом

В феврале 1980 г. результаты деятельности DIX были представлены в IEEE, где вскоре была сформирована группа 802 для работы над проектом. Ethernet закреплял свои позиции в качестве стандарта. Для успешного внедрения технологии важное значение сыграли дальнейшие шаги "родителей" Ethernet по взаимодействию с другими производителями чипов и аппаратного обеспечения - так, например, группа разработчиков Digital представила чип Ethernet и исходные тексты его программного обеспечения компаниям Advanced Micro Devices (AMD) и Mostek. В результате возможность производить совместимые чипсеты Ethernet получили и другие компании, что сказалось на качестве железа и снижении его стоимости.

1979: Один из разработчиков создает компанию 3Com

Ключевой фигурой в судьбе Ethernet становится Роберт Меткалф, который в 1979 г. для воплощения своих идей в жизнь создает собственную компанию 3Com, одновременно начиная работать консультантом в Digital Equipment Corporation (DEC). В DEC Меткалф получает задание на разработку сети, спецификации на которую не затрагивали бы патентов Xerox. Создается совместный проект Digital, Intel и Xerox, известный под названием DIX. Задачей консорциума DIX был перевод Ethernet из лабораторно-экспериментального состояния в технологию для построения новых систем, работающих с немалой на то время скоростью передачи данных 10 Мбит/с. Таким образом, Ethernet превращался из разработки Xerox в открытую и доступную всем технологию, что оказалось решающим в становлении его как мирового сетевого стандарта.

1976: Теоретическая база для развития технологии

В июле 1976 г. Меткалф и Боггс выпустили совместный труд Ethernet: Distributed Packet Switching for Local Computer Networks ("Ethernet: распределенная пакетная коммутация для локальных компьютерных сетей"). Таким образом, была создана теоретическая база для дальнейшего развития технологии.

1973: Рождение технологии в лаборатории Xerox

Днем рождения Ethernet можно считать 22 мая 1973 г., когда Роберт Меткалф (Robert Metcalfe) и Дэвид Боггс (David Boggs) опубликовали докладную записку, в которой описывалась экспериментальная сеть, построенная ими в исследовательском центре фирмы Xerox в Пало-Альто. При рождении сеть получила имя Ethernet, базировалась на толстом коаксиальном кабеле и обеспечивала скорость передачи данных 2,94 Мбит/с.

В декабре того же года Меткалф опубликовал докторскую работу "Packet Communication" ("Пакетная связь").

См. также