Кабельные решения для современных сетей на основе 10 Gigabit Ethernet

Технология пакетной передачи данных Ethernet появилась в 1970-х годах. Семейство Ethernet определяет спецификацию проводных соединений на физическом уровне. Стандарты семейства Ethernet описаны в стандарте IEEE 802.3. Нагрузка на кабельную подсистему постоянно растет. Прежде всего, это связано с появлением и развитием новых видов сервиса, ориентированного на передачу мультимедийного контента. Именно в результате ужесточения требований к пропускной способности произошла революция в технологии передачи информации, и в середине 1990-х годов Ethernet стал самой распространенной проводной сетевой технологией в локальных сетях.

На сегодняшний день известно много разновидностей Ethernet. В зависимости от расстояния между точками сети могут использоваться различные кабели, такие как коаксиальный кабель, витая пара, оптическое волокно. В зависимости от скорости передаваемых данных можно выделить стандарты со скоростью 1Мбит/c, 10Мбит/с, 100Мбит/с, 1Гбит/с, 5Гбит/с, 10Гбит/с, 40Гбит/с. Все они описаны в стандарте IEEE 802.3. Необходимо учесть, что пропускная способность магистральных каналов в настоящее время не может быть ниже 10Гбит/с.

В 2004 году Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) начал работу над новым стандартом IEEE 802.3.an 10GBase-T. Проект спецификаций был описан в бюллетене ISO/IEC 11801 (JTC 1/25N 981A).

Различные типы сетевых протоколов и межуровневых соединений усложняют процесс эксплуатации сетей и многократно увеличивают вероятность возникновения ошибок при совместной эксплуатации. IEEE при разработке 10-гигабитного Ethernet заранее учитывал тот факт, что технология будет использоваться для объединения сетей класса LAN, MAN, и операторских сетей WAN. При этом обеспечивается плавная миграция на новую технологию.

Для анализа стандартов на основе медного кабеля, выберем характеристики, представленные в таблице 1: сетевая технология, рабочая группа, год появления технологии, особенности кабеля, средняя задержка сигнала, максимальное расстояние между двумя узлами и поддерживаемый модуль трансивера.

Таблица 1

Сравнение сетевых технологий на основе медного кабеля

Для наглядности построим диаграмму зависимостей расстояния от типа технологии, показанную на рисунке 1.

10GBASE-CX4 на специальном сдвоенном кабеле 4-twinax infiniband и соединителе с интерфейсом XAUI, описанный IEEE 802.3ak, разрабатывался для высокоскоростных соединений серверных систем в центрах обработки данных. 10GBASE-CX4 представляет собой дешевый вариант с минимальной задержкой и низкой мощностью. К минусам можно отнести большой форм-фактор из-за большого диаметра кабеля, что затрудняет его прокладку. Использование 10GBASE-CX4 в горизонтальных подсистемах СКС нецелесообразно.

10GBASE-DAC (или SPF+ Direct Attach, DA), это эффективная и экономная технология, по характеристикам напоминающая 10GBASE-CX4, однако дополнительные преимущества в виде использования менее громоздких кабелей, наличия небольшого форм-фактора SFP+ и большим количеством портов сделали эту технологию весьма популярной сегодня.

Рис. 1. Зависимость расстояния от стандарта на медном кабеле

10GBASE-T является полнодуплексным 10 Gigabit Ethernet стандартом, который появился в 2006 году и позволил увеличить максимальное возможное расстояние. Первоначально в нем было много недостатков, таких как высокая цена, большая задержка и значительное электропотребление, однако с тех пор этот стандарт был усовершенствован, но для широкого использования ему все еще требуются доработки.

Для анализа стандартов на основе оптоволоконного кабеля, выберем характеристики, представленные в таблице 2: сетевая технология, рабочая длина волны, класс оптоволокна, где OS-одномодовый, OM-многомодовый, максимальное расстояние между двумя узлами, поддерживаемый модуль трансивера.

Технология 10GBASE-SR является самым дешевым вариантом с наименьшим энергопотреблением. Чаще всего используется для небольшого расстояния (до 26 или до 82 метров). Кроме этого, может поддерживать расстояние до 400 м с помощью новых видов оптоволокна, что редко используется.

Таблица 2

Сравнение сетевых технологий на основе оптоволоконного кабеля

Для наглядности построим диаграммы зависимостей расстояния и длины волны от типа технологии, показанные на рисунке 2 и 3.

Рис. 2. Зависимость расстояния от стандарта на оптоволоконном многомодовом кабеле

10GBASE-LX4 похожа на технологию 10GBASE-LR. Отличаем является более высокая цена и то, что люди, использующие эту технологию, могут использовать как одномодовое, так и многомодовое оптоволокно с одним оптическим модулем. На сегодняшний день мало используется, так как практически заменен 10GBASE-LRM.

Рис. 3. Зависимость расстояния от стандарта на оптоволоконном одномодовом кабеле

10GBASE-LRM технология появилась на замену 10GBASE-LX4 в случае, если нужен меньший охват и только многомодовое оптоволокно. 10GBASE-LX4, 10GBASE-LRM, 10GBASE-SR используют многомодовое волокно и нашли широкое применение в ЦОД.

Сетевая технология 10 Gigabit Ethernet является удобной кабельной основой для построения как локальной, так и глобальной сети, позволяя быстро и надежно передавать данные на различные расстояния.

Литература:

1. Spurgeon С., Zimmerman J. Ethernet: The Definitive Guide. O’Reilly Media, Inc., 2014.
2. Vinod J. Network Convergence. Ethernet Applications and Next Generation Packet Transport Architectures. Morgan Kaufmann, 2014.
3. Земцов А. Н. Анализ эффективности алгоритмов планирования передачи пакета в сетях LTE // Инженерный вестник Дона, 2019, № 4. URL: www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2019/5840.
4. Spurgeon С., Zimmerman J. Ethernet switches: An introduction to network design with switches. O’Reilly Media, Inc., 2013.