Сети Ethernet: ситуация и перспективы

За тридцать лет способы обмена данными между компьютерами значительно усовершенствовались. А впереди - совершенно невообразимые скорости и объёмы информации...

Немного истории

Датой рождения сетей Ethernet можно считать 1973 год. Именно тогда Роберт Меткалф из исследовательской лаборатории фирмы Xerox в Пало-Альто (Калифорния, США) обратился к своему руководству с докладом, в котором рассматривался потенциал новой технологии обмена данными между несколькими устройствами, получившей название Ethernet - в честь радиосети Гавайского университета ALOHA. Однако фактически исследования по развитию сетей Ethernet начались тремя годами позже - после публикации Меткалфом и его коллегой Дэвидом Боггсом работы под названием "Ethernet: Распределенная пакетная коммутация для локальных компьютерных сетей" (Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks).

Схема первой сети Ethernet, предложенная Робертом Меткалфом

Для дальнейшего развития концепции локальных сетей Меткалфу пришлось покинуть Xerox и основать собственную компанию 3Com. Произошло это в 1979 году. Уже вскоре был организован проект DIX, участие в котором приняли вышеупомянутая Xerox, а также фирмы Digital Equipment Corporation (DEC) и Intel. Основной задачей DIX являлась разработка стандарта Ethernet, первая версия которого была опубликована в сентябре 1980 года. Спустя еще три года предложенная спецификация была утверждена Институтом инженеров в области электроники и электротехники (IEEE) в качестве стандарта 802.3.

Согласно описанию IEEE 802.3, сети Ethernet используют множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD). Иными словами, устройства получают доступ к среде передачи данных произвольным образом, что может приводить к большим задержкам и скачкам скорости передачи информации. По этой причине многие аналитики высказывали предположения, что Ethernet вытеснят другие технологии, обеспечивающие более качественный обмен данными. Однако этого пока не случилось.

В марте 1981 года компания 3Com представила первый Ethernet-трансивер, а в сентябре 1982 года появился и первый Ethernet-контроллер для персональных компьютеров. Следующим шагом развития технологии Ethernet стало принятие в 1990 году стандарта 10BaseT (IEEE 802.3i) для сетей с использованием неэкранированного кабеля на основе скрученных пар проводов ("витая пара"). В 1995 был введен стандарт Fast Ethernet (IEEE 802.3u), обеспечивающий возможность передачи информации со скоростью 100 Мбит/с, а в 1998 году - стандарт Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z).

Какую скорость выбрать?

О сетевых технологиях, безусловно, слышал любой человек, имеющий хоть какое-то отношение к компьютерам. По сетям (локальным и глобальным) ежедневно передаются терабайты информации: документы, музыка, фильмы и т.п. Понятно, что чем выше пропускная способность каналов связи, тем быстрее пользователь получит интересующий его файл.

Современные настольные компьютеры и ноутбуки комплектуются встроенными сетевыми контроллерами по умолчанию - они интегрированы в чипсеты. Причем в большинстве случаев покупатель новой машины получает контроллер Gigabit Ethernet. Нет никаких проблем и с выбором соответствующих коммутаторов, маршрутизаторов и пр. Иными словами, приобрести оборудование, необходимое для построения гигабитной сети, можно практически в любом компьютерном центре. Но насколько широко распространены такие сети в настоящее время?

Практика показывает, что компании среднего размера с уже сформировавшейся сетевой инфраструктурой не спешат переходить на новые технологии. Ваш покорный слуга, например, знает фирму, которая вполне комфортно работает с сетью 10 Мбит/с и серверами на базе Pentium I. И не потому, что у этой компании нет денег на модернизацию оборудования и покупку новых ПК. Просто возможностей этой сети вполне достаточно для переноса с одного компьютера на другой пары десятков документов в день. А качать сотни мегабайт музыки и картинок сотрудникам запрещено.

Наиболее широко распространены (по крайней мере, в России) в настоящее время сети Fast Ethernet, информация по которым может передаваться со скоростью до 100 Мбит/с. Что касается гигабитных сетей, то они, естественно, также существуют, но встречаются пока значительно реже. Их распространение сдерживают как финансовый фактор (на приобретение нового оборудования придется потратить немалые суммы), так и потери, которые могут возникнуть в результате простоя сети и затянувшегося администрирования.

Таким образом, компаниям, которые удовлетворены скоростью работы собственной сети, вероятно, стоит проводить ее модернизацию вместе с плановым обновлением парка компьютеров. Это позволит сэкономить и деньги, и время, и силы системных администраторов.

Гигабит взят. Что дальше?

Логическим развитием сетей Ethernet стало принятие в 2002 году стандарта IEEE 802.3ae, определяющего параметры оборудования и среды передачи данных со скоростью 10 Гбит/с. Данный стандарт сохранил в себе большое количество характеристик предыдущих вариантов Ethernet с целью обеспечения обратной совместимости.

Впервые полностью работоспособная сеть 10 Gigabit Ethernet была продемонстрирована в июне 2002 года в американском городе Атланта, штат Джорджия. Тогда порядка двадцати устройств от пятнадцати различных производителей были подключены к каналу связи общей протяженностью свыше 200 км.

Более того, в ноябре прошлого года был проведен эксперимент по передаче информации со скоростью до 100 Гбит/с. Правда, тогда специалисты из Соединенных Штатов, Европы, Бразилии, Кореи и некоторых других стран использовали принципиально новые технологии и протокол Fast TCP, предложенный сотрудниками Калифорнийского технологического института в Пасадене около двух лет назад.

Что касается максимальной скорости передачи данных в интернете, то она на сегодняшний день составляет 6,86 Гбит/с, что в 6000 раз больше пропускной способности обычного широкополосного соединения. Рекорд был установлен в начале ноября прошлого года Европейским центром ядерных исследований (CERN) в Швейцарии и Калифорнийским политехническим институтом (Пасадена, США) при поддержке компаний Cisco, Intel, Hewlett-Packard и др. Тогда 2881 Гб данных были переданы на расстояние в 26950 км примерно за один час.

Заключение

Таким образом, принимая во внимание все вышесказанное, можно сделать вывод, что, по крайней мере, в течение ближайших пяти лет работы по развитию сетей будут проводиться в направлении повсеместного распространения стандарта 10 Gigabit Ethernet. Впрочем, в настоящее время вряд ли можно найти приложение, которому бы потребовалась такая пропускная способность. Возможностей гигабитной сети с лихвой хватит, чтобы передавать несколько потоков видео высокого разрешения в режиме реального времени, не говоря уже о 10 Gigabit Ethernet. Тем не менее, это не должно оказаться сдерживающим фактором для внедрения новых технологий. Ведь увеличение "ширины" канала позволит на высоких скоростях обслуживать сразу большое количество пользователей, оперирующих огромными объемами данных. Такие линии связи потребуются, в первую очередь, исследовательским лабораториям и научным организациям. Например, большой адронный ускоритель (Large Hadron Collider, LHC), который должен начать работу в 2007 году, будет генерировать до десяти петабайт информации в год. Понятно, что для пересылки всех этих данных между различными лабораториями возможностей обычных каналов будет, мягко говоря, недостаточно.