Развитие технологий Ethernet

Ethernet является наиболее зрелым и распространённым сетевым приложением. За последние 25 лет, несмотря на жёсткую конкуренцию со стороны более современных сетевых архитектур, Ethernet процветал. Только за последние 10 лет Ethernet был обновлён и теперь поддерживает скорости 100 Мбит/с, 1 Гбит/с (около 1000 Мбит/с) и 10 Гбит/с. В настоящее время комитет IEEE 802.3b стандартизирует 40- и 100-гигабитный Ethernet. 40- и 100-гигабитный Ethernet будут развёрнуты по оптоволокну на расстояние до 100 метров и более, а также ведутся исследования, направленные на обеспечение доступности Ethernet по UTP на расстояниях до 10 метров. В этой статье будут представлены сведения о развитии технологий Ethernet.

Системы Ethernet 10 Мбит/с

Первый стандарт Ethernet (Ethernet II) работал на скорости 10 Мбит/с. Ниже будет описана технология, использовавшаяся в то время.

10Base-5

Самая ранняя версия Ethernet работала на жёстком коаксиальном кабеле, который назывался стандартным кабелем Ethernet, но чаще назывался «толстым сетевым». Хотя с «толстым сетевым» было сложно работать (из-за его низкой гибкости и сложности установки и подключения узлов), он был надёжным и имел рабочую длину кабеля 500 метров. Системы 10Base-5 всё ещё встречаются в старых системах, обычно используемых в качестве магистрального кабеля, но сегодня практически нет причин устанавливать новую систему 10Base-5.

10Base-T 

10Base-T означает Ethernet со скоростью 10 Мбит/с по неэкранированной витой паре. Максимальная длина кабеля (от сетевого устройства до сетевой карты) составляет 100 метров. В настоящее время Ethernet 10Base-T менее распространён и уступил место 100Base-T. Несмотря на то, что 10Base-T использует только две пары четырёхпарного кабеля, все восемь контактов должны быть правильно подключены в ожидании будущих обновлений или других сетевых архитектур.

10Base-F 

Спецификации для использования Ethernet по  оптоволоконному кабелю  существовали ещё в начале 1980-х годов. Первоначально оптоволоконный кабель использовался просто для соединения повторителей, расстояние между которыми превышало ограничения по расстоянию для толстого кабеля. Первоначальная спецификация называлась Fiber-Optic Inter-Repeater Link (FOIRL) и описывала соединение двух повторителей вместе с помощью оптоволоконного кабеля длиной до 1000 метров (3280 футов). Стоимость оптоволоконных повторителей и оптоволоконных кабелей значительно снизилась в 1980-х годах, и подключение отдельных компьютеров напрямую к концентратору по оптоволоконному кабелю стало более распространённым. Изначально спецификация FOIRL не была разработана для отдельных компьютеров, поэтому IEEE разработала серию спецификаций оптоволоконной среды. Эти спецификации известны как 10Base-F. Сегодня оптоволокно редко используется на таких низких скоростях.

10Base-2 

10Base-2 по-прежнему остаётся отличным способом соединения небольшого количества компьютеров в небольшом помещении, например, в домашнем офисе, учебном классе или лаборатории. В Ethernet-кабеле 10Base-2 используется тонкий коаксиальный кабель (RG-58/U или RG-58 A/U) для соединения компьютеров. Этот тонкий коаксиальный кабель также называется «тонкой сетью».

Системы Ethernet 100 Мбит/с

Версия 802.3 Ethernet со скоростью 100 Мбит/с определяет ряд различных методов прокладки кабелей в системе Fast Ethernet, включая 100Base-TX, 100Base-T4 и 100Base-FX.

100Base-TX 

Спецификация 100Base-TX использует спецификации физической среды, разработанные ANSI, которые изначально были определены для FDDI (спецификация ANSI X3T9.5) и адаптированы для витой пары . 100Base-TX требует использования кабеля категории 5e или выше, но использует только две из четырёх пар. Восьмиконтактный модульный разъём (RJ-45) использует ту же нумерацию контактов, что и 10Base-T Ethernet.

100Base-T4

Спецификация 100Base-T4 была разработана как часть спецификации 100Base-T, чтобы существующие системы, соответствующие категории 3, также могли поддерживать Fast Ethernet. Разработчики добились пропускной способности 100 Мбит/с в кабелях категории 3, используя все четыре пары проводов; для 100Base-T4 требуется как минимум кабель категории 3. Это требование может упростить переход на технологию 100 Мбит/с.

100Base-FX 

Как и его медный аналог 100Base-TX, стандарт 100Base-FX использует спецификацию физической среды, разработанную ANSI для FDDI. Спецификация 100Base-FX была разработана для обеспечения передачи данных Ethernet со скоростью 100 Мбит/с по оптоволоконному кабелю. Несмотря на то, что кабельная система имеет топологию «звезда», 100Base-FX использует архитектуру шины.

Гигабитный Ethernet (1000 Мбит/с)

Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с поддерживался только по оптоволоконному кабелю. Спецификация IEEE 802.3z включала поддержку трёх вариантов физической среды (PHY), каждый из которых был разработан для поддержки различных расстояний и типов связи:

1000Base-SX

Предназначенный для использования в магистральных сетях зданий и горизонтальных кабельных системах, таких как рабочие станции и другие сетевые узлы, 1000Base-SX предназначен для работы с многомодовым оптоволоконным кабелем на длине волны 850 нм.

1000Base-LX

Разработанный для поддержки магистральных кабельных систем, таких как межкомпьютерные магистрали, стандарт 1000Base-LX предназначен для одномодового оптоволоконного кабеля с длиной волны 1310 нм, хотя для коротких межкомпьютерных магистралей и кабельных систем внутри зданий можно использовать многомодовое оптоволокно.

1000Base-CX

Данная спецификация, разработанная для обеспечения взаимодействия кластеров оборудования, использует кабели STP сопротивлением 150 Ом, аналогичные кабелям IBM Type 1, на расстояниях не более 25 метров. При прокладке оптоволоконных кабелей для Gigabit Ethernet следует соблюдать стандарты ANSI/TIA-568-C для многомодового волокна 62,5/125 мкм или 50/125 мкм для горизонтальной прокладки и одномодового волокна 8,3/125 мкм для магистральной прокладки. См. таблицу 6 Приложения D к ANSI/TIA-568-C.0.

1000Base-T

Гигабитный Ethernet по кабелю UTP категории 5 или выше, где установка прошла испытания производительности, соответствующие стандарту ANSI/TIA/EIA-568-B. Максимальное расстояние от розетки оборудования до коммутатора составляет 100 метров. IEEE разработал стандарт 1000Base-T для поддержки гигабитного Ethernet на настольных компьютерах. Одной из основных целей проектирования была поддержка существующей базы кабелей категории 5 .

10-гигабитный Ethernet (10 000 Мбит/с)

В июне 2002 года IEEE утвердил первую спецификацию Gigabit Ethernet: IEEE 802.3ae. Она определяет версию Ethernet с номинальной скоростью передачи данных 10 Гбит/с. За прошедшие годы были опубликованы следующие стандарты 802.3, относящиеся к 10GbE: 802.3ae-2002 (оптоволоконные устройства PMD (SR, LR, ER и LX4), 802.3ak-2004 (медный двухкоординатный кабель InfiniBand типа CX4), 802.3an-2006 (медная витая пара 10GBASE-T), 802.3ap-2007 (медные PMD для объединительной платы KR и KX4) и 802.3aq-2006 (LRM по устаревшему многомодовому волокну PMD с электронной компенсацией дисперсии [EDC]). Поправки к стандартам 802.3ae-2002 и 802.3ak-2004 были объединены в стандарт IEEE 802.3-2005. IEEE 802.3-2005 и другие поправки были объединены в стандарт IEEE 802.3-2008. В помещениях 10-гигабитный Ethernet в основном используется в серверах хранения данных центров обработки данных, высокопроизводительных серверах и, в некоторых случаях, во внутренних магистралях зданий. Он может использоваться для прямого подключения к настольным компьютерам.

10GBASE-SR

Технология 10GBASE-SR (ближнего радиуса действия) использует лазеры VCSEL длиной волны 850 нм по многомодовым волокнам. Низкополосные многомодовые волокна 62,5/125 мкм (OM1) и 50/125 мкм (OM2) поддерживают ограниченные расстояния 33–82 метра. Для обеспечения расстояния до 300 метров производители оптоволокна разработали версию волокна 50/125 мкм с более высокой пропускной способностью, оптимизированную для использования на длине волны 850 нм.

10GBASE-LR 

10GBASE-LR (дальний радиус действия) использует лазеры с длиной волны 1310 нм для передачи данных по одномодовому волокну на расстояние до 10 километров. Лазеры Фабри-Перо обычно используются в оптических модулях 10GBASE-LR. Лазеры Фабри-Перо дороже, чем лазеры VCSEL с длиной волны 850 нм, поскольку требуют точности и допусков для фокусировки на очень малых диаметрах одномодового волокна (8,3 микрона). Порты 10GBASE-LR обычно используются для передачи данных на большие расстояния.

10GBASE-LX4

10GBASE-LX4 использует грубое волновое уплотнение (WDM) для поддержки 300 метров по стандартным, низкополосным 62,5/125 мкм (OM1) и 50/125 мкм (OM2) многомодовым волоконно-оптическим кабелям. Это достигается за счет использования четырех отдельных лазерных источников, работающих со скоростью 3,125 Гбит/с в диапазоне 1300 нм на уникальных длинах волн. Этот стандарт также поддерживает 10 километров по одномодовому волокну. 10GBASE-LX4 используется для поддержки как стандартного многомодового, так и одномодового волокна с одним оптическим модулем. При использовании со стандартным многомодовым волокном требуется дорогой коммутационный шнур для формирования мод. Коммутационный шнур для формирования мод представляет собой короткий отрезок одномодового волокна, который подключается к многомодовому волокну таким образом, чтобы отвести луч от центрального дефекта в устаревшем многомодовом волокне. Поскольку стандарт 10GBASE-LX4 использует четыре лазера, он дороже и габаритнее 10GBASE-LR. Чтобы уменьшить площадь, занимаемую 10GBASE-LX4, в 2006 году был стандартизирован новый модуль 10GBASE-LRM.

10GBASE-LRM

10GBASE-LRM (многомодовый кабель с большой дальностью передачи) поддерживает расстояние до 220 метров по стандартным волокнам с низкой пропускной способностью 62,5/125 микрон (OM1) и 50/125 микрон (OM2) с использованием лазера с длиной волны 1310 нм. Для стандартных волокон также может потребоваться дорогостоящий коммутационный шнур для согласования мод. 10GBASE-LRM не обеспечивает такой же дальности передачи, как старый стандарт 10GBASE-LX4. Тем не менее, есть надежда, что модули 10GBASE-LRM будут дешевле и потреблять меньше энергии, чем модули 10GBASE-LX4. (Они всё равно будут дороже, чем 10GBASE-SR.)

10GBASE-T

10GBASE-T поддерживает передачу данных со скоростью 10 Гбит/с по экранированным кабелям UTP категории 6A или витой паре категории 7 (согласно ISO/IEC 11801Ed. 2) на расстояние до 100 метров. Категория 5e поддерживается на гораздо меньших расстояниях из-за ограниченной пропускной способности. При монтаже кабелей категории 6A необходимо соблюдать особую осторожность, чтобы минимизировать влияние посторонних перекрестных помех на качество сигнала.

40 и 100 гигабитный Ethernet

100-гигабитный Ethernet (100GbE) и 40-гигабитный Ethernet (40GbE) — это группы технологий компьютерных сетей, предназначенных для передачи Ethernet-кадров со скоростью 100 и 40 гигабит в секунду соответственно. Эта технология была впервые описана в стандарте IEEE 802.3ba-2010. Она будет реализована по многомодовому оптоволокну OM3 50/125 на расстоянии 100–200 метров, а в настоящее время ведутся исследования, направленные на обеспечение её доступности по UTP на расстояниях до 10 метров. Это может стать точкой, при которой произойдёт массовый переход с медных систем на оптоволоконные.