Articles

Tehnologia 10 Gigabit Ethernet

Scurta prezentare

De la originile sale, cu mai mult de 30 ani in urma, tehnologia Ethernet s-a dezvoltat si a incercat sa satisfaca cereintele tot mai mari ale retelelor packet-based. Datorita sistemului de implementare foarte ieftin, fiabilitatii si usurinta in instalare si mentenanta popularitatea Ethernet a crescut atat de mult incat aproape tot traficul de pe internet se bazeaza pe acest tip de conexiuni.

IEEE 802.3ae* 2002 (Standardul 10G Ethernet) difera in anumite aspecta fata de standardele anterioare in sensul ca va functiona doar prin fibra optica si va opera doar prin modul fullduplex(nu sunt necesare protocoale de coliziune-detactare).
Ethernet poate progresa acum la 10 gigabiti pe secunda pastrand in acelaşi timp proprietaţile sale Ethernet, cum ar fi formatul pachet, iar capacitaţile actuale sunt uşor transferabile la noul standard.

Standardul 10 Gigabit Ethernet

Standardul 10G Ethernet extinde protocoalele standardului IEEE 802.3ae* la o viteza de 10 Gbps pe un singur fir marind spatiul de aplicare Ethernet incluzand link-uri WAN compatibile. Standardul 10 Gigabit Ethernet asigura o crestere semnificativa a latimii de banda, mentinand in acelas timp compatibilitatea cu interfetele 802.3, protejeaza investitiile anterioare in cercetare si dezvoltare, si pastreaza principiile existente de operare de retea si de gestionare.

Sub modelul Open Systems Interconnection (OSI), Ethernet este in fundament un protocol Layer 1 si 2. 10 Gigabit Ethernet pastreaza arhitectura cheie Ethernet, incluzand protocolul Media Access Control(MAC), formatul cadru si dimensiunea maxima si minima a cadrului.
La fel ca si Gigabit Ethernet, atat 1000BASE-X cat si 1000BASE-T, au respectat modelul standardului Ethernet, 10 Gigabit Ethernet continua evolutia Ethernet prin viteza si distanta, in timp ce pastreaza aceias arhitectura folosita the alte specificatii Ethernet cu exceptiu unui singure specificatie chiei. Deoarece 10 Gigabit Ethernet este o tehnologie full-duplex, ea nu mai are nevoie de protocolul detectare-senzoriala prin acces-multiplu al coliziunii detectare (CSMA /CD) folosit in alte tehnologii Ethernet. In ceea ce priveste celelalte aspecte, 10 Gigabit Ethernet se potriveste cu modelul original Ethernet.

La nivelul layer-ului fizic (Layer 1), aparatul leyer-ului fizic al Ethernet, (PHY), se conecteaza la media optica sau pe cupru la un layer MAC printr-o tehnologie speciala de conectivitate. Mai mult, arhitectura Ethernet imparte layer-ul fizic in trei substraturi:

Standardul IEEE 802.3ae* defineste doua tipuri de PHY: PHY-ul LAN si PHY-ul WAN.
Acestea ofera aceias functionalitate, cu exceptia WAN PHY-ului ce are o trasatura extinsa in PCS ceea ce permite conectivitatea cu retelele de tip SONET STS-192c/SHD VC-4-64c.

Plasarea pe piata a 10 Gigabit Ethernet

In prezent Ethernet este cea mai utilizata tehnologie in mediile LAN de inalta performanta. Companii din intreaga lume au investit in cablare, echipamente , procese si training-uri pentru Ethernet. In plus, ominiprezenta Ethernet a redus costurile si cu cat creste implementare noii genaratii de tehnologii Ethernet cu atat costurile vor avea o tendinta de scadere. In retelele de azi, prin cresterea globala a treficului, conduce furnizori de servicicii, managerii si arhitectii de retea sa caute o tehnologie mult mai rapida pentru cerintele cresterii latimii de banda.
Dar 10 Gigabit Ethernet are o performanta de zece ori mai mare decat Gigabit Ethernet.

Pe masura ce 10 Gigabit Ethernet intra pe piata si vanzatorii pun la dispozitie echipamente de retea de 10 Gigabit, urmatorul pas pentru companii şi furnizor de servicii, este o combinaţie de latime de banda multi-gigabit cu servicii inteligente, ceea ce duce la retele scalate, inteligente, multi-gigabit cu conexiuni de servere de pana la 10 Gbps. Convergenta retelelor de voce si date ce opereaza peste Ethernet este o optiune foarte reala. Si, pe masura ce TCP/IP incorporeaza servicii si caracteristici inbunatatite, cum ar fi pachete voce si video, baza Ethernet poate sa suporte aceste servicii fara nici o modificare.

Standardul 10 Gigabit Ethernet nu doar cresc viteza Ethernet-ului pana la 10 Gbps, ci si extinde interconectivitatea si distanta de functionare pana la 40 km. Ca si Gigabit Ethernet , standardul 10 Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ae*) suporta atat fibra single mode cat si multimode. Oricum, la 10 Gigabit, distanta la single-mode (SM) s-a extins de la 5 km (la Gigabit Ethernet) la 40 Km. Avantajul de a atinge noi distante ofera companiilor, care işi administreaza propriile medii LAN, optiunea de asi extinde centrul lor de date intr-o locatie mai mult mai eficienta din punct de vedere al costurilor, la o distanta de pana la 40 Km fata de compusul lor. Deasemenea, acest lucru le permite sa sprijine mai multe locatii campus in termen de distanta de 40 km.

Dupa cum am vazut cu versiunile anterioare ale Ethernet, costul de comunicaţii pentru 10 Gbps are potenţialul de a se reduce semnificativ, o data cu dezvoltarea tehnologiilor bazate pe 10 Gigabit Ethernet. Comparativ cu lasere de telecomunicaţii 10 Gbps, tehnologia 10 Gigabit Ethernet, cum e definita in IEEE 802.3ae*, va fi capabila de a utiliza costuri mai reduse, optica non-racit, şi cavitate verticala de suprafaţa emiţatoare lasere (VCSEL), care pot diminua costurile dispozitivelor PMD dispozitiv. In plus, o un chip comercializat agresiv, ofera solutii pe baza de silicon inegrat ceea ce sprijina industria.

Aplicatii pentru 10 Gigabit Ethernet

Furnizori şi utilizatori in general, sunt de acord ca Ethernet este o solutie ieftin, eligibila, folosita pe scara larga şi compatibila cu reţele LAN . Astazi, un pachet poate lasa un server pe un port optic Ethernet Gigabit pe distanta scurta, se poate misca pe intreg teritoriu prin intermediul unei retele DWDM (dense-wave division multiplexing), şi sa se intoarca la un PC ataşat la un port de cupru Gigabit, toate fara nici o re-definirea sau conversie de protocol. Ethernet este literalmente peste tot, şi 10 Gigabit Ethernet susţine aceasta migraţie in functionalitate pentru orice operatiune in care Ethernet poate fi aplicat.

10 Gigabit Ethernet ca Interconectari de fibra

Interconectarile de fibra, indiferent daca sunt pentru retele server sau retele de stocare, au fost in mod traditional domeniul retelelor dedicate, deseori brevete, retele relativ mici in comparatie cu Ethernet. Aceste retele server includ si tehnologiile include InfiniBand*, Servernet*, Myranet*, Wulfkit* si Quadrics*, şi ofera laţime de banda excelente şi performanţe latente pentru retele pe distante foarte scurte (in general mai mica de 20 m).
Cu toate acestea, cu excepţia InfiniBand, acestea sunt reţele de proprietate, care pot fi dificil de implementat şi menţinut din cauza numarului mic de profesionişti IT cu experienţa si familiarizaţi cu o astfel de tehnologie. Deasemenea, volumele mici au ca rezultat costuri ridicate pentru adaptoare de server şi switch-uri. Şi, ca orice soluţie brevetata, ele nu sunt interoperabile cu alte tehnologii fara routere şi switch-uri corespunzatoare.

In reţelele de stocare, lipsa standardelor şi o mulţime de probleme de interoperabilitate au afectat inceputurile implementari Fibre Channel. Deasemenea, aceste tehnologii au probleme similare cu cele observate la retelele de servere, fiind considerate dificil de implementat din cauza lipsei unor specialisti IT, sunt relativ scumpe, nu sunt inca in mod direct interoperabil cu alte tehnologii de reţea fara routere si switch-uri scumpe, şi, in general, se implementeaza pe distanţe scurte.
10G Ethernet este in masura sa inlocuiasca aceste tehnologii brevetate, fiind o noua generatie de interconectare pentru ambele tipuri de retele, de servere si de stocare, servere şi reţele de depozitare, din mai multe motive:

In plus, implementarea asteptata a TOE(TCP/IP Offload Engine), in adaptorii 10 Gigabit Ethernet poate fi extrem de eficienta pe sisteme gazda cu utilizare CPU fiind nemai intalnita in implementarea sistemelelor Gigabit Ethernet actuale. Datorita ratei mari de utilizare a Ethernet, tehnologia TOE va deveni extrem de rentabila in comparatie cu volume mici, alternative de nisa.

10 Gigabit Ethernet in Local Area Networks

Tehnologia Ethernet este deja tehnologia cea mai utilizata in medii LAN. Odata cu extinderea 10 Gigabit Ethernet in familia de tehnologii Ethernet, LAN poate oferi un sprijin in creşterea numarului de aplicaţii pentru latimi de banda mult mai mari şi sa ajunga la distanţe mai mari. Similar cu tehnologia Ethernet Gigabit, standardul 10 Gigabit suporta atat fibra media single-mode cat si multimode.

Cu link-uri de pana la 40 km, 10 Gigabit Ethernet permite companiilor care-si gestioneaza propriile lor mediile LAN, posibilitatea de asi alege strategic locaţia pentru centrul de date şi ferme de servere – pe o arie de pana la 40 de km de campusuri lor.

In termen de centre de date, aplicatii switch-to-switch, precum şi aplicaţii switch-to-server, pot fi implementate medii pe un cost mai eficient, pe distanţe scurte, fibra multi-mode si pot crea coloane de 10 Gigabit Ethernet ce suporta cresterea continuua a aplicatiilor cu latimi de banda foarte mari.

Bazate pe 10G, companiile pot cu uşurinţa suporta conectivitate Gigabit Ethernet in staţii de lucru si desktop-uri cu congestionare redusa de retea, ce permit o implementare mai mare a aplicatiilor intensive de latimi de banda, cum ar fi video streaming, imagistica medicala, aplicaţii centralizate, şi grafice high-end.
10G Ethernet imbunataţeşte, de asemenea, latenta retelei, datorita vitezei de link latimii de banda mare, pentru a compensa caracterul exploziv al fluxului de date in aplicaţii companiilor.

Latimea de banda pe care 10 Gigabit o sustine va permite aplicatiile noii generatii de retea. Aceasta va ajuta la telemedicina, telecomutare, invatamant si interactiune la distanta, videoconferinta digitala. Si chestii distractive deasemnea, cum ar fi HDTV, video la cerere, sau jocuri extreme pe Internet.

10 Gigabit Ethernet permite companiilor sa reduca congestionarea reţelei, utilizarea frecventa a aplicatiilor intensive de latimi de banda şi sa poata lua decizii strategice cu privire la localizarea activelor cheie de retea prin extinerea LAN pana la 40 km.

10G in aplicatiile Metropolitane si de stocare

Gigabit Ethernet este deja implementata ca o tehnologie de baza pentru retele de fibra ingropata metropolitane. Cu interfete corespunzatoare de 10 Gigabit Ethernet, transcieverele optice si fibrele singlemode, furnizorii de retele si Internet vor fi capabili sa construiasca link-uri ce ating 40 km sau chiar mai mari, incercuind ariile metropolitane cu retele in intreg orasul. Tehnologia 10 Gigabit Ethernet dezvolta acum infrastructuri econome si de mare viteza atat pentru retele attached storage (NAS) cat si pentru retele area storage (SAN). Inaintea introducerii tehnologiei 10 Gigabit Ethernet, unii observatori din industrie au sustinut ca tehnologia Ethernet nu este suficient de puternica pentru asi face treaba.

10 Gigabit Ethernet poate transporta acum o capacitate de date egala sau mai mare la latentie similare cu multe alte tehnologii de stocare, incluzand Fiber Chanel, Ultra160 sau 320 SCSI, ATM OC-3, OC-12, si OC-192, si HIPPI (High Performance Parallel Interface).

Servere de stocare Gigabit Ethernet, biblioteci de casete si servere comput sunt deja disponibile. Sisteme end-point de 10 Gigabit Ethernet vor intra cat mai curand pe piata. Astazi, sunt numeroase aplicatii pentru Gigabit Ethernet, cum ar fi back-up si database mining. Aplicatiile care vor fi avantajate de pe urma 10 Gigabit Ethernet sunt:

10 Gigabit Ethernet in Wide Area Networks

10 Gigabit Ethernet implementeaza ISP si NSP pentru a crea link-uri de mare viteza la costuri reduse de la routere si switch-uri la echipamente optice direct atasate de norul SONET/SDH. 10 Gigabit Ethernet, prin WAN PHY, deasemenea permite constructia WAN-ul, ce conecteaza LAN-ul dispersat geografic, cu campusurile sau punctele de prezenta (POP) peste retelele SONET/SDH/TDM existente. 10 Gigabit Ethernet face legatura intre switch-ul unui furnizor si un echipament DWDM sau LTE(line termination equipment), in fapt fiind foarte scurta – mai putin de 300 m.

Echipamentul Physical-Media-Dependent (PMD)

Standardul IEEE 802.3ae* asigura un layer fizic ce suporta distante de link-uri specifice pentru media fiber-optic. Pentru a indeplini obiectivele de distanta, au fost selectate patru PMD.
Sarcina de forta selectata:

 Fibra

Exista doua tipuri de fibra optica, single mode sau multimode, folosita in mod curent in data networking si in aplicatii de telecomunicatii. Tehnologia 10 Gigabit Ethernet, asa cum este definit in standardul IEEE 802.3ae*, poate suporta ambele tipuri de fibra. Totusi, distantele atinse se bazeaza pe tipul de fibra si pe lungimile de banda(nm) ce sunt implementate in aplicatii.

In aplicatiile pe fibra single-mode , standardul IEEE 802.3ae*, asigura o distanta de 10 km cu o transmisie optica de 1310 nm si o distanta de 40 km cu o transmisie optica de 1550 nm. In aplicatiile pe fibra multimode , distantele nu sunt atat de usor de definit doarece exista multe tipuri de fibra si fiecare este definita diferit.

Fibra multimode deobicei este definita prin diametrele de invelist si centru. De exemplu , fibrele care au diametru centrului de 62.5 microns si invelisul de 125 microni este denumit ca fibra 62.5/125. Aceptarea fibrei multimode in retelele de astazi , dateaza inca din anii 1980 atunci cand Fiber Distribution Data Interface (FDDI) au introdus fibra de 62.5/125 microni.

Alta parte ce influenteaza capabilitatile distantelor in fibra multimode este capacitatea de a transporta informatia (masurata in MHz-km), ceea ce determina distanta si rata de biti la care un sistem poate opera (ex. 1Gbps sau 10 Gbps). Distanta pe care semnalul poate rula scade foarte mult atunci cand viteza de transmisie creste.

Atunci cand se implementeaza fibra multimode pe aplicatii de 10 Gigabit Ethernet, este critic sa se inteleaga capabilitatile distantelor pe solutiile 10 Gigabit Ethernet.

Concluzii

Ethernet a trecut testul timpului de a deveni cea mai folosita tehnologie de networking din lume. Cu o dependenta tot mai mare fata de retele si cu o crestere continuua a aplicatiilor de latimi de banda, furnizorii cauta solutii pentru capacitati mai mari de retea ce simplifica si reduc costul total al conectivitatii, permiţand astfel diferenţierea de servicii profitabile, menţinand in acelaşi timp niveluri foarte ridicate de fiabilitate. Standardul IEEE 802.3ae * 10 Gigabit Ethernet se dovedeşte a fi o soluţie solida la provocarile de reţea.

10 Gigabit Ethernet este evolutia normala a standardului bine stabilit IEEE 802.3* in viteza si distanta. In plus la cresterea vitezei la retele se adauga si un set de valori economice la retele metropolitane si de mare intindere furnizand:

O infrastructura Ethernet optimizata se desfasoare in arii metropolitane iar multe dintre ele sunt punctul de interes al dezvoltarilor intense de retele ce doresc sa ofere servicii optice Ethernet. Standardul 10G este deja implementat pe majoritatea switch-urilor, router-elor ceea ce permite: