up
ua ru
menu

msi-achieve_a_new_level_of_cool-banner-160x600.jpg

GOODRAM-SSD-Iridium-PRO.gif

logo minifile

::>Комунікації > 2008 > 04 > ...

Версія для друку
Переопублікувати статтю

25-04-2008


rss

Мережі на крученій парі від Ethernet до 100 Gigabit Ethernet

Сучасний світ все більше стає залежним від обсягів і потоків інформації, яка розповсюджується в різних напрямках по проводам і без них. Все почалося досить давно і з більш примітивних засобів, ніж сьогоднішні досягнення цифрового світу. Але розповідати про всі різновиди і засоби, за допомогою яких одна людина доносила потрібні відомості до свідомості іншої, ми не маємо наміру. В цій статті хочеться запропонувати читачу розповідь про не дуже давно створений стандарт передачі цифрової інформації під назвою Ethernet, що успішно зараз розвивається.

Народження самої ідеї і технології Ethernet відбувалося в стінах корпорації Xerox PARC разом з іншими першими розробками цього ж напрямку. Офіційною датою винаходу Ethernet стало 22 травня 1973 року, коли Роберт Меткалф (Robert Metcalfe) склав доповідну записку для глави PARC про потенціал технології Ethernet. Однак запатентували її тільки через декілька років.

В 1979 році Меткалф пішов з Xerox і заснував компанію 3Com, головним завданням якої стало просування комп'ютерів і локальних обчислювальних мереж (ЛВС). Залучивши підтримку таких іменитих компаній як DEC, Intel і Xerox, був розроблений стандарт Ethernet (DIX). Після офіційної публікації 30 вересня 1980 року він почав суперництво із двома великими запатентованими технологіями - token ring і ARCNET, які згодом були повністю витиснуті, через їх меншу ефективність і більшу собівартість, ніж продукція для Ethernet.

Початково за запропонованими стандартами (Ethernet v1.0 і Ethernet v2.0) збиралися використовувати в якості середовища передачі коаксіальний кабель, але надалі довелося відмовитися від цієї технології і перейти на використання оптичних кабелів і крученої пари.

Основною перевагою на початку розвитку технології Ethernet став метод керування доступом. Він має на увазі велику кількість з'єднань з контролем несучої і виявлення колізій (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), швидкість передачі даних при цьому дорівнює 10 Мбіт/с, розмір пакета від 72 до 1526 байт, у ньому ж описані методи кодування даних. Граничне значення робочих станцій в одному поділюваному сегменті мережі обмежено числом 1024, але можливі і інші більш малі значення при встановленні більш жорстких обмежень до сегмента тонкого коаксіалу. Але така побудова незабаром стала неефективною і на зміну в 1995 році прийшов стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet зі швидкістю 100 Мбіт/с, а пізніше був прийнятий стандарт IEEE 802.3z Gigabit Ethernet зі швидкістю 1000 Мбіт/с. На даний момент вже повною мірою використовується 10  Gigabit Ethernet IEEE 802.3ae, що має швидкість в 10 000 Мбіт/с. Крім того, вже маємо розробки спрямовані на досягнення швидкості в 100 000 Мбіт/с 100 Gigabit Ethernet, але про все по черзі.

Дуже важливою позицією, що лежить в основі стандарту Ethernet, став формат його кадру. Однак його варіантів існує досить багато. Ось деякі з них:

  • Variant I - перший і вже вийшов із застосування.
  • Ethernet Version 2 або Ethernet-Кадр II, ще з назвою DIX (абревіатура перших літер фірм-розробників DEC, Intel, Xerox) – найпоширеніший і досі використовується. Часто використовується безпосередньо протоколом інтернет.
  • Novell - внутрішня модифікація IEEE 802.3 без LLC (Logical Link Control).
  • Кадр IEEE 802.2 LLC.
  • Кадр IEEE 802.2 LLC/SNAP.
  • Як доповнення, Ethernet-Кадр може містити тег IEEE 802.1Q, для ідентифікації VLAN, до якої він адресований, і IEEE 802.1p для вказівки пріоритетності.
  • Деякі мережні карти Ethernet, вироблені компанією Hewlett-Packard використовували при роботі кадр формату IEEE 802.12, що відповідає стандарту 100 VG-AnyLAN.

Для різних типів кадру існують і різні формати та значення MTU.

Функціональні елементи технології Gigabit Ethernet

Відзначимо, що виробники Ethernet-карт і інших пристроїв в основному включають у свою продукцію підтримку декількох попередніх стандартів швидкостей передачі даних. За замовчуванням, використовуючи автовизначення швидкості і дуплексності, самі драйвера карти визначають оптимальний режим роботи з'єднання між двома пристроями, але, звичайно, є і ручний вибір. Так купуючи пристрій з портом Ethernet 10/100/1000, ми отримаємо можливість працювати за технологіями 10 BASE-T, 100 BASE-TX, і 1000 BASE-T.

Наведемо хронологію модифікацій Ethernet, розділивши їх за швидкостями передачі.

Перші рішення:

  • Xerox Ethernet - оригінальна технологія, швидкість 3 Мбіт/с, існувала у двох варіантах Version 1 і Version 2, формат кадру останньої версії дотепер має широке застосування.
  • 10BROAD36 - широкого поширення не отримав. Один з перших стандартів, що дозволяє працювати на великих відстанях. Використовував технологію широкополосної модуляції, схожу на ту, що використовується в кабельних модемах. В якості середовища передачі даних використовувався коаксіальний кабель.
  • 1BASE5 - також відомий, як StarLAN, став першою модифікацією Ethernet-технології, що використовує кручену пару. Працював на швидкості 1 Мбіт/с, але не знайшов комерційного застосування.

Більше розповсюджені і оптимізовані для свого часу модифікації 10 Мбіт/с Ethernet:

  • 10BASE5, IEEE 802.3 ( що називається також «Товстий Ethernet») - первісна розробка технології зі швидкістю передачі даних 10 Мбіт/с. IEEE використовує коаксіальний кабель, з хвильовим опором 50 Ом (RG-8), з максимальною довжиною сегмента 500 метрів.
  • 10BASE2, IEEE 802.3a (що називається «Тонкий Ethernet») - використовується кабель RG-58, з максимальною довжиною сегмента 200 метрів. Для приєднання комп'ютерів один до одного і підключення кабелю до мережної карти потрібен T-коннектор, а на кабелі повинен бути BNC-коннектор. Необхідна наявність термінаторів на кожному кінці. Багато років цей стандарт був основним для технології Ethernet.
  • StarLAN 10 - Перша розробка, що використовує кручену пару для передачі даних на швидкості 10 Мбіт/с. Надалі, еволюціонував у стандарт 10BASE-T.
  • 10BASE-T, IEEE 802.3i - для передачі даних використовується 4 проводи кабелю крученої пари (дві скручені пари) категорії 3 або категорії 5. Максимальна довжина сегмента 100 метрів.
  • FOIRL - (акронім від англ. Fiber-optic inter-repeater link). Базовий стандарт для технології Ethernet, що використовує для передачі даних оптичний кабель. Максимальна відстань передачі даних без повторювача 1 км.
  • 10BASE-F, IEEE 802.3j - Основний термін для позначення сімейства 10 Mбіт/с Eethernet-стандартів, що використовують оптоволоконний кабель на відстані до 2 кілометрів: 10BASE-FL, 10BASE-FB і 10BASE-FP. З перерахованого тільки 10BASE-FL має широке поширення.
  • 10BASE-FL (Fiber Link) - Покращена версія стандарту FOIRL. Покращання торкнулося збільшення довжини сегмента до 2 км.
  • 10BASE-FB (Fiber Backbone) - Зараз невикористовуваний стандарт, призначався для об'єднання повторювачів у магістраль.
  • 10BASE-FP (Fiber Passive) - Топологія «пасивна зірка», у якій не потрібні повторювачі - розроблена, але ніколи не застосовувалася.

Найпоширеніший і недорогий вибір на момент написання статті Швидкий Ethernet (100 Мбіт/с) (Fast Ethernet):

  • 100BASE-T - Основний термін для позначення одного з трьох стандартів 100 Мбіт/с Ethernet, що використовує як середовище передачі даних кручену пару. Довжина сегмента до 100 метрів. Містить у собі 100BASE-TX, 100BASE-T4 і 100BASE-T2.
  • 100BASE-TX, IEEE 802.3u - Розвиток технології 10BASE-T, використовується топологія «зірка», задіяний кабель кручена пара категорії 5, у якому фактично використовуються 2 пари провідників, максимальна швидкість передачі даних 100 Мбіт/с.
  • 100BASE-T4 - 100 Mбит/з Ethernet по кабелі категорії 3. Задіяні всі 4 пари. Зараз практично не використовується. Передача даних іде в напівдуплексному режимі.
  • 100BASE-T2 - Не використовується. 100 Mбит/з Ethernet через кабель категорії 3. Використовується тільки 2 пари. Підтримується повнодуплексний режим передачі, коли сигнали поширюються в протилежні напрямки по кожній парі. Швидкість передачі в одному напрямку - 50 Mбіт/с.
  • 100BASE-FX - 100 Мбіт/с Ethernet за допомогою оптоволоконного кабелю. Максимальна довжина сегмента 400 метрів у напівдуплексному режимі (для гарантованого виявлення колізій) або 2 кілометри в повнодуплексному режимі по багатомодовому оптичному волокну.
  • 100BASE-LX - 100 Мбіт/с Ethernet за допомогою оптоволоконного кабелю. Максимальна довжина сегмента 15 кілометрів у повнодуплексному режимі по парі одномодових оптичних волокон на довжині хвилі 1310 нм.
  • 100BASE-LX WDM - 100 Мбіт/с Ethernet за допомогою оптоволоконного кабелю. Максимальна довжина сегмента 15 кілометрів у повнодуплексному режимі по одному одномодовому оптичному волокну на довжині хвилі 1310 нм і 1550 нм. Інтерфейси бувають двох видів, відрізняються довжиною хвилі передавача і маркіруються або цифрами (довжина хвилі) або однією латинською літерою A (1310) або B (1550). У парі можуть працювати тільки парні інтерфейси, з однієї сторони передавач на 1310 нм, а з іншої на 1550 нм.

Gigabit Ethernet

  • 1000BASE-T, IEEE 802.3ab - Стандарт Ethernet 1 Гбіт/с. Використовується кручена пара категорії 5e або категорії 6. У передачі даних беруть участь всі 4 пари. Швидкість передачі даних - 250 Мбіт/с по одній парі.
  • 1000BASE-TX, - Стандарт Ethernet 1 Гбіт/с, що використовує тільки кручену пару категорії 6. Передавальні і приймаючі пари розділені фізично по дві пари в кожному напрямку, що значно спрощує конструкцію прийомопередавача. Швидкість передачі даних - 500 Мбіт/с по одній парі. Практично не використовується.
  • 1000Base-X - загальний термін для позначення технології Гігабіт Ethernet зі змінними трансіверами GBIC або SFP.
  • 1000BASE-SX, IEEE 802.3z - 1 Гбіт/с Ethernet технологія використовує лазери з припустимою довжиною випромінювання в межах діапазону 770-860 нм, потужність випромінювання передавача в межах від -10 до 0 дБм при відношенні ON/OFF (сигнал/немає сигналу) не менше 9 дБ. Чутливість приймача 17 дБм, насичення приймача 0 дБм. Використовуючи багатомодове волокно, дальність проходження сигналу без повторювача до 550 метрів.
  • 1000BASE-LX, IEEE 802.3z - 1 Гбіт/с Ethernet технологія використовує лазери із припустимою довжиною випромінювання в межах діапазону 1270-1355 нм, потужність випромінювання передавача в межах від 13,5 до 3 дБбм, при відношенні ON/OFF (є сигнал/немає сигналу) не менше 9 дБ. Чутливість приймача 19 дБм, насичення приймача 3 дБм. При використанні багатомодового волокна дальність проходження сигналу без повторювача до 550 метрів. Оптимізована для далеких відстаней, при використанні одномодового волокна (до 40 км).
  • 1000BASE-CX - Технологія Гігабіт Ethernet для коротких відстаней (до 25 метрів), використовується спеціальний мідний кабель (Екранована кручена пара (STP)) із хвильовим опором 150 Ом. Замінений стандартом 1000BASE-T, і зараз не використовується.
  • 1000BASE-LH (Long Haul) - 1 Гбіт/с Ethernet технологія, використовує одномодовий оптичний кабель, дальність проходження сигналу без повторювача до 100 кілометрів.

Стандарт

Тип кабелю

Смуга пропущення (не гірше), МГц*Км

Макс. відстань, м *

1000BASE-LX (лазерний діод 1300 нм)

Одномодове волокно (9 мкм)

-

5000 **

Багатомодове волокно
 (50 мкм)

500

550

Багатомодове волокно
 (62,5 мкм)

320

400

1000BASE-SX (лазерний діод 850 нм)

Багатомодове волокно
 (50 мкм)

400

500

Багатомодове волокно
 (62,5 мкм)

200

275

Багатомодове волокно
 (62,5 мкм)

160

220

1000BASE-СX

Екранована кручена пара STP
 (150 ОМ)

-

25


* стандарти 1000BASE-SX і 1000BASE-LX припускають наявність дуплексного режиму
 ** Обладнання деяких виробників може забезпечувати більшу відстань, оптичні сегменти без проміжних ретрансляторів/підсилювачів можуть досягати 100 км.

Технічні характеристики стандартів 1000Base-X

10 Gigabit Ethernet

Ще досить дорогий, але цілком затребуваний, новий стандарт 10 Гігабіт Ethernet містить у собі сім стандартів фізичного середовища для LAN, MAN і WAN. У цей час він описується виправленням IEEE 802.3a і повинен ввійти у наступну ревізію стандарту IEEE 802.3.

  • 10GBASE-CX4 - Технологія 10 Гігабіт Ethernet для коротких відстаней (до 15 метрів), використовується мідний кабель CX4 і коннектори InfiniBand.
  • 10GBASE-SR - Технологія 10 Гігабіт Ethernet для коротких відстаней (до 26 або 82 метрів, залежно від типу кабелю), використовується багатомодове оптоволокно. Він також підтримує відстані до 300 метрів з використанням нового багатомодового птоволокна (2000 Мгц/км).
  • 10GBASE-LX4 - використовує ущільнення по довжині хвилі для підтримки відстаней від 240 до 300 метрів по багатомодовому оптоволокну. Також підтримує відстані до 10 кілометрів при використанні одномодового оптоволокна.
  • 10GBASE-LR і 10 GBASE-ER - ці стандарти підтримують відстані до 10 і 40 кілометрів відповідно.
  • 10GBASE-SW, 10 GBASE-LW і 10 GBASE-EW - Ці стандарти використовують фізичний інтерфейс, сумісний по швидкості і формату даних з інтерфейсом OC-192 / STM-64 SONET/SDH. Вони подібні до стандартів 10GBASE-SR, 10GBASE-LR і 10 GBASE-ER відповідно, бо використовують ті ж самі типи кабелів і відстані передачі.
  • 10GBASE-T, IEEE 802.3 an-2006 - прийнятий у червні 2006 року після 4 років розробки. Використовує екрановану кручену пару. Відстані - до 100 метрів.

І нарешті, 100-Gigabit Ethernet (100-GE), ще досить "свіжа", але цілком затребувана технологія.

У квітні 2007 року, після зборів комітету IEEE 802.3 в Оттаві, дослідницькою групою Higher Speed Study Group (HSSG) була прийнята думка про технічні підходи у формуванні оптичних і мідних каналів 100-GE. На даний час остаточно сформована робоча група 802.3ba по розробці специфікації 100-GE.

Як і в попередніх розробках, стандарт 100-GE буде враховувати не тільки економічні і технічні можливості його здійснення, але і їх зворотну сумісність із наявними системами. На даний час потреба в таких швидкостях безумовно підтверджена провідними компаніями. Постійно зростаючі обсяги персоналізованого контенту, у тому числі при доставці відео з порталів типу YouTube і інших ресурсів, що застосовують технології IPTV і HDTV. Потрібно згадати також відео на вимогу. Все це визначає потребу в 100 Gigabit Ethernet операторів і сервісів-провайдерів.

Але на фоні великого вибору старих і перспективно нових технологічних підходів у рамках групи Ethernet ми хочемо більш докладно зупинитися на технології, що сьогодні тільки здобуває повноцінну масовість використання у зв'язку зі зниженням вартості її компонентів. Gigabit Ethernet може повноцінно забезпечити роботу таких додатків, як потокове відео, відеоконференції, передача складних зображень що пред'являють підвищені вимоги до пропускної здатності каналу. Переваги підвищення швидкостей передачі в корпоративних і домашніх мережах стають все більш необхідними, з падінням вартості на обладнання такого класу.

Зараз одержав максимальну популярність стандарт IEEE. Прийнятий у червні 1998 року, він був затверджений як IEEE 802.3z. Але спочатку як середовище передачі використовувався тільки оптичний кабель. Із твердженням протягом наступного року доповнення стандарту 802.3ab середовищем передачі стала неекранована кручена пара п'ятої категорії.

Gigabit Ethernet є прямим нащадком Ethernet і Fast Ethernet, що добре зарекомендували себе за майже двадцятилітню історію, зберігши їх надійність і перспективність використання. Поряд з передбаченою зворотною сумісністю з попередніми рішеннями (кабельна структура залишається незмінною) він забезпечує теоретичну пропускну здатність в 1000 Мбіт/сек, що приблизно дорівнює 120 Мб у секунду. Варто відзначити, що такі можливості практично рівні швидкості 32-бітної шини PCI 33 Мгц. Саме тому гігабітні адаптери випускаються як для 32-бітної PCI (33 і 66 МГц), так і для 64-бітної шини. Поряд з таким збільшенням швидкості Gigabit Ethernet успадкував всі попередні особливості Ethernet, такі як формат кадрів, технологію CSMA/CD (чутливий до передачі множинний доступ з виявленням колізій), повний дуплекс і т.ін. Хоча високі швидкості внесли і свої нововведення, але саме в спадкуванні старих стандартів складається величезна перевага і популярність Gigabit Ethernet. Звичайно, зараз запропоновані і інші рішення, такі як ATM і Fibre Channel, але тут одразу губиться головна перевага для кінцевого споживача. Перехід на іншу технологію веде за собою масову переробку і переобладнання мереж підприємства, тоді як Gigabit Ethernet дозволить плавно нарощувати швидкість і не змінювати кабельне господарство. Такий підхід і дозволив Ethernet-технології зайняти домінуюче місце в області мережних технологій і завоювати більше 80 відсотків світового ринку передачі інформації.

Структура побудови мережі Ethernet із плавним переходам на більше високі швидкості передачі даних .

Спершу всі стандарти Ethernet розроблялися з використанням в якості середовища передачі тільки оптичного кабелю - так і Gigabit Ethernet одержав інтерфейс 1000BASE-X. Він ґрунтується на стандарті фізичного рівня Fibre Channel (це технологія взаємодії робочих станцій, пристроїв зберігання даних і периферійних вузлів). Оскільки ця технологія вже була схвалена раніше, таке запозичення сильно скоротило час на розробку стандарту Gigabit Ethernet. 1000BASE-X

Нас, як і простого споживча, більше зацікавив 1000Base-CX взв’язку з його роботою на екранованій кручений парі (STP «twinax») на короткі відстані і 1000BASE-T для неекранованої кручений пари категорії 5. Головною відмінністю 1000BASE-T від Fast Ethernet 100BASE-TX стало те, що використовуються всі чотири пари (в 100BASE-TX використовувалися тільки дві). Кожна пара при цьому може передавати дані зі швидкістю 250 Мбіт/с. Стандарт забезпечує дуплексну передачу, причому потік по кожній парі забезпечується у двох напрямках одночасно. У зв'язку з сильними перешкодами при такій передачі технічно реалізувати гігабітну передачу по крученій парі було набагато складніше, ніж в 100BASE-TX, що викликало потребу розробки спеціальної скремблірованої стійкості до перешкод передачі, а також інтелектуального вузла розпізнавання і відновлення сигналу на прийомі. В якості методу кодування в стандарті 1000BASE-T було використано 5-рівневе імпульсно-амплітудне кодування PAM-5.

Критерії на вибір кабелю теж стали більш жорсткими. Для зменшення наведень, односпрямованої передачі, зворотних втрат, затримок і фазового зрушення, була прийнята до використання категорія 5e для неекранованої крученої пари.

Обтиск кабелю для 1000BASE-T виробляється по одній з наступних схем:

Прямий  (straight-through) кабель.

Перехресний (crossover) кабель.

Схеми обтиску кабелю для 1000BASE-T

Нововведення торкнулися і рівня MAC-стандарту 1000BASE-T. В Ethernet-мережах максимальна відстань між станціями (колізійний домен) визначається виходячи з мінімального розміру кадру (у стандарті Ethernet IEEE 802.3 він дорівнював 64 байтам). Максимальна довжина сегмента повинна бути такою, щоб передавальна станція могла виявити колізію до закінчення передачі кадру (сигнал повинен встигнути пройти в інший кінець сегмента і повернутися назад). Відповідно, при збільшенні швидкості передачі потрібно або збільшувати розмір кадру, тим самим збільшуючи мінімальний час на передачу кадру, або зменшувати діаметр колізійного домену.

При переході до Fast Ethernet скористалися другим варіантом і скоротили діаметр сегмента. В Gigabit Ethernet це було неприйнятно. Адже в цьому випадку стандарт, що успадковував такі складові Fast Ethernet, як мінімальний розмір кадру, CSMA/CD і час виявлення колізії (time slot), зможе працювати в колізійних доменах діаметром не більше 20 метрів. Тому було запропоновано збільшити час на передачу мінімального кадру. З огляду на те, що для сумісності з попередніми Ethernet мінімальний розмір кадру був залишений колишнім - 64 байта, а до кадру додалося додаткове поле carrier extension (розширення носія), що доповнює кадр до 512 байт, але поле не додається у випадку, коли розмір кадру більше 512 байт. Таким чином, мінімальний розмір кадру вийшов рівним 512 байтам, час на виявлення колізії зросло, і діаметр сегмента збільшився до тих же 200 метрів (у випадку 1000 BASE-T). Символи в поле carrier extension не несуть значення, контрольна сума для них не обчислюється. При прийомі кадру це поле відкидається ще на рівні MAC, тому вище розташовані рівні продовжують працювати з мінімальними кадрами довжиною 64 байта.

Але і отут виникли підводні камені. Хоч розширення носія і дозволило зберегти сумісність із попередніми стандартами, воно призвело до невиправданої витрати смуги пропущення. Втрати можуть досягати 448 байт (512-64) на кадр у випадку коротких кадрів. Тому стандарт 1000BASE-T був модернізований - ввели поняття Packet Bursting (пакетна перевантаженість). Вона дозволяє набагато ефективніше використовувати поле розширення. А працює це в таким чином: якщо в адаптера або комутатора є кілька невеликих кадрів, що вимагають відправлення, то перший з них відправляється стандартно, з додаванням поля розширення до 512 байт. А всі наступні відправляються в оригінальному виді (без поля розширення), з мінімальним інтервалом між ними в 96 біт. І, що саме головне, цей міжкадровий інтервал заповнюється символами розширення носія. Це відбувається доти, поки сумарний розмір кадрів, що відправляються, не досягне межі 1518 байт. Таким чином, середовище не замовкає на всьому протязі передачі малих кадрів, тому колізія може виникнути тільки на першому етапі, при передачі першого правильного малого кадру з полем розширення носія (розміром 512 байт). Цей механізм дозволяє істотно підвищити продуктивність мережі, особливо при великих навантаженнях, за рахунок зменшення імовірності виникнення колізій.

Але й цього виявилося мало. Спочатку Gigabit Ethernet підтримував тільки стандартні розміри кадрів Ethernet - від мінімального 64 (доповнюються до 512) до максимального 1518 байт. З них 18 байт займає стандартний службовий заголовок, а для даних залишається від 46 до 1500 байт відповідно. Але навіть пакет даних розміром 1500 байт занадто малий у випадку гігабітної мережі. Особливо для серверів, що передають великі обсяги даних. Давайте трохи порахуємо. Для передачі файлу розміром 1 гігабайт по незавантаженій Fast Ethernet мережі, сервер обробляє 8200 пакетів/сек і затрачає на це мінімум 11 секунд. В цьому випадку тільки на обробку переривань у комп'ютера потужністю 200 MIPS піде близько 10 відсотків часу. Адже центральний процесор повинен обробити (порахувати контрольну суму, передати дані на згадку) кожний пакет, що прийшов.

Швидкість

10 Мбіт/сек

100 Мбіт/сек

1000 Мбіт/сек

Розмір кадру

64 байта

1518 байт

64 байта

1518 байт

64 байта

1518 байт

Кадри/сек

14.8K

812

148K

8,1K

1,48M

81K

Швидкість передачі даних, Мбіт/сек

5,5

9,8

55

98

550

980

Проміжок між кадрами, мкс

67

1200

6,7

120

0,7

12

Характеристики передачі мереж Ethernet.

У гігабітних мережах ситуація ще сумніша - навантаження на процесор зростає приблизно на порядок через скорочення тимчасового проміжку між кадрами і відповідно запитами на переривання до процесора. З таблиці 1 видно, що навіть у найкращих умовах (використання кадрів максимального розміру) кадри відстоять один від одного на часовий інтервал, що не перевищує 12 мкс. У випадку використання кадрів меншого розміру цей часовий інтервал тільки зменшується. Тому в гігабітних мережах вузьким місцем, як не дивно, став саме етап обробки кадрів процесором. Тому на зорі становлення Gigabit Ethernet фактичні швидкості передачі були далекі від теоретичного максимуму - процесори просто не справлялися з навантаженням.

Очевидним виходом зі сформованої ситуації є наступне:

  • збільшення тимчасового проміжку між кадрами;
  • перекладання частини навантаження обробки кадрів із центрального процесора на сам мережний адаптер.

У цей час реалізовані обидва методи. В 1999 році було запропоновано збільшити розмір пакета. Такі пакети одержали назву гіга-кадри (Jumbo Frames), і їх розмір міг бути від 1518 до 9018 байт (зараз обладнання від деяких виробників підтримує і більші розміри гіга-кадрів). Jumbo Frames дозволили зменшити навантаження на центральний процесор до 6 разів (пропорційно своєму розміру) і, таким чином, значно підвищити продуктивність. Наприклад, максимальний пакет Jumbo Frame в 9018 байт, крім 18-байтового заголовку, містить 9000 байт під дані, що відповідає шести стандартним максимальним кадрам Ethernet. Виграш у продуктивності досягається не через рятування від декількох службових заголовків (трафік від їх передачі не перевищує декількох відсотків загальної пропускної здатності), а за рахунок зменшення часу на обробку такого кадру. Точніше, час на обробку кадру залишився колишнім, але замість декількох невеликих кадрів, кожний з яких зажадав би для себе N тактів процесора і одне переривання, ми обробляємо тільки один, великий кадр.

Досить швидке розвинення світу швидкості обробки інформації надає все більше швидкі і недорогі рішення по використанню спеціальних апаратних засобів, для зняття частини навантаження по обробці трафіку з центрального процесора. Використовується і технологія  буферизації, що забезпечує переривання процесора для обробки декількох кадрів одразу. На сьогодні технологія Gigabit Ethernet стає все більш доступною для використання в домашніх умовах, що прямо зацікавить простого користувача. Більш швидкий доступ до домашніх ресурсів забезпечить якісний перегляд відео великої роздільної здатності, займе менше часу для перерозподілу інформації і, нарешті, дозволить «вживу» кодувати відеопотоки на мережеві диски.


Социальные комментарии Cackle
Пошук на сайті
Поштова розсилка
top10

vote

Голосування