НА ГЛАВНУЮ  |   E-MAIL  |   ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
Наш курс $ на сегодня: 64.79 руб.
ПРАЙС-ЛИСТ


КОНТАКТНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
 
660061, г. Красноярск, ул. Калинина, 85
Тел.: (391) 2-911-808
e-mail: ems@omikom.ru

 
Открыт склад в г. Москва
 
Подробнее


beward

Dahua

beward bullet

На пути к 100-Гбит/с технологии Ethernet


На пути к 100-Гбит/с технологии Ethernet

Все, кто внимательно следит за развитием индустрии передачи данных, скажут вам, что она движется в направлении создания 100-Гбит/с каналов. В связи с этим возникают два вопроса: какие приложения и ключевые элементы сетей общего пользования и корпоративных сетей нуждаются в столь высокой скорости передачи данных? какие организации, вероятнее всего, первыми внедрят у себя 100-Гбит/с технологию?

В данной статье даются ответы на эти вопросы, и объясняется, почему агрегация сетевых каналов не является оптимальной для улучшения работы перегруженных сетей.

Кроме того, мы обсудим текущее положение дел в области разработки стандарта на 100-Гбит/с технологию передачи данных и расскажем, что должно быть сделано для написания этого стандарта. Далее будут рассмотрены трансиверные решения и технологии передачи данных со скоростью 100-Гбит/с по многомодовому оптоволокну класса ОМ3 или одномодовому оптоволокну, проанализированы факторы, влияющие на стоимость решений на базе этих типов волокон.

Кому нужна скорость передачи 100 Гбит/с

По мере того как широкополосные услуги, предоставляемые телекоммуникационными операторами (которые используют сети типа FTTx) и компаниями кабельного ТВ, становятся все более доступными для пользователей, последние все активнее потребляют их. Со своей стороны, разрабатывая новые приложения и услуги, контент-провайдеры способствуют повышению требований пользователей к скорости передачи данных. Так, стали реальными сервисы «видео по требованию», ТВ высокой четкости, IP-ТВ, MySpace, YouTube и Интернет-игры, о которых раньше можно было только мечтать. С повышением пропускной способности каналов доступа растет спрос на новые широкополосные услуги.

Эти тенденции обусловили непрерывный и быстрый рост интенсивности трафика операторских сетей и Интернета, что создает огромную нагрузку на их инфраструктуры. Видя эту нагрузку, операторы сетей связи, сервис-провайдеры и компании, обслуживающие узлы обмена Интернет-трафиком, в экстренном порядке ищут все более скоростные сетевые решения.

На предприятиях также имеются факторы, стимулирующие внедрение более высокоскоростных сетевых технологий для ЛВС и сетей хранения данных (Storage Area Networks — SAN). Здесь потребность в таких технологиях объясняется всё возрастающей популярностью широкополосных сервисов, таких, как потоковое видео и видео-конференц-связь. И еще. Поскольку в компаниях и организациях создаются и сохраняются все большие объемы данных, интенсифицируется информационный обмен с серверами центров обработки данных (ЦОД), а значит, этим серверам нужны более быстрые сетевые соединения.

Учитывая недавно принятые в США правительственные законы и рекомендации по организации хранения данных в медицинской и финансовой отраслях, а также предпринимаемые предприятиями и организациями меры по резервированию своих данных для защиты их от потери в случае катастроф, ожидается, что владельцы ЦОДов и сетей SAN будут и впредь модернизировать их инфраструктуры в целях повышения скорости передачи данных. Стоит отметить, что органы, отвечающие за развитие стандартов на используемые в хранилищах данных технологии Fibre Channel и Infiniband, уже разработали перспективные планы развития этих технологий в сторону повышения скорости передачи данных до 100 Гбит/с и выше.

Еще один стимул к разработке более высокоскоростных сетевых технологий — развитие рынка систем высокопроизводительных вычислений (High-Performance Computing — HPC). Разрабатываемым в настоящее время суперкомпьютерам и HPC-сетям потребуются каналы пропускной способностью минимум 100 Гбит/с и протяженностью от нескольких сантиметров до сотен метров. Они будут использоваться для соединения компонентов суперкомпьютерных кластеров в научно-исследовательских подразделениях университетов или в медицинских учреждениях.

Для повышения скорости передачи данных в современном 10-Гбит/с серверном и сетевом оборудовании применяют технологию агрегирования каналов (link aggregation), соответствующую стандарту IEEE 802.3ad. Однако многие специалисты считают это лишь временной мерой. Дело в том, что агрегирование каналов является трудным в использовании и зачастую еще больше усложняет и без того непростое управление потоками трафика. Что еще хуже, наращивание пропускной способности агрегированных соединений и поиск неисправностей в них — операции довольно сложные.

Присущие технологии агрегирования каналов ограничения приводят к неравномерному распределению трафика между ними. В связи с этим многие специалисты в IEEE считают, что для удовлетворения растущих требований предприятий и организаций к пропускной способности своих сетей необходима разработка более эффективных решений.

Где будет использоваться 100-Гбит/с технология?

Прежде чем обсуждать разрабатываемые сегодня решения, которые нацелены на повышение скорости передачи данных до 100 Гбит/с, давайте поговорим, какие компании могут стать первыми пользователями этих новых высокоскоростных технологий и в каких частях сетей они найдут применение.

Очевидно, что первыми пользователями станут крупные операторы связи (например, Verizon и AT&T), поставщики услуг Triple Play (включая компании кабельного ТВ), операторы узлов обмена Интернет-трафиком и отдельные корпоративные пользователи, нуждающиеся в сетевых каналах с особо высокой пропускной способностью.

Поддержка скорости передачи данных 100 Гбит/с в первую очередь будет реализована в высокопроизводительных системах коммутации, маршрутизации и агрегирования трафика, установленных в магистральных сетях сервис-провайдеров, узлах обмена Интернет-трафиком, ЦОДах (например, для подключения корпоративных серверов хранения данных) и суперкомпьютерных сетях медицинских и научно-исследовательских учреждений.

Использование же 100-Гбит/с каналов в качестве магистралей ЛВС, соединяющих коммутаторы рабочих групп с магистральными коммутаторами, не предполагается (по крайней мере, в обозримом будущем). Стоит подчеркнуть, что эти высокоскоростные соединения следующего поколения не предназначены для подключения настольных компьютеров к коммутаторам рабочих групп.

Можно предположить, что в отличие от больших объемов продаж 10/100/1000-Мбит/с портов Ethernet на протяжении последних лет первоначальные объемы продаж 100-Гбит/с портов Ethernet будут весьма и весьма скромными. Однако это вовсе не умаляет важности использования будущей 100-Гбит/с технологии Ethernet для повышения производительности ранее упоминавшихся сетей и систем.

HSSG начинает действовать

В конце 2006 г. комитет IEEE 802.3 сформировал исследовательскую группу HSSG (High Speed Study Group), в задачи которой входит изучение потребностей рынка в технологии Ethernet следующего поколения и (если она порекомендует создать рабочую группу для написания соответствующего стандарта) определение общих технических требований к новой технологии с целью включения их в запрос на авторизацию проекта разработки стандарта (Project Authorization Request — PAR). HSSG — международная группа, в ее состав входят специалисты фирм, производящих электронные компоненты, коммутаторы и кабельные системы, а также сотрудники компаний, эксплуатирующих частные сети и сети общего пользования. Работу группы поддерживают два специальных комитета — Fiber Optic Ad Hoc и Reach Ad Hoc.

Рассматривая предложения по реализации технологии Ethernet следующего поколения, HSSG оценивает их по пяти критериям, определенным институтом IEEE: большой рыночный потенциал, совместимость (с предыдущими решениями), новизна, техническая реализуемость и экономическая целесообразность.

В ходе ноябрьского, 2006 г., пленарного заседания комитета IEEE 802.3 группа HSSG проголосовала за скорость 100 Гбит/с в качестве скорости передачи данных, которую должна обеспечивать технология Ethernet следующего поколения. После указанного заседания были утверждены следующие общие требования этой технологии:

• Поддержка только дуплексного режима работы.

• Сохранение формата кадра 802.3/Ethernet в клиентском сервисном интерфейсе MAC.

• Сохранение минимального и максимального размеров кадра, предусмотренных существующим стандартом 802.3.

• Поддержка скорости передачи данных 100-Гбит/с через сервисный интерфейс MAC/PLS.

• Максимальная дальность передачи данных по одномодовому волокну не менее 10 км (городские и корпоративные сети).

• Возможность передачи данных по одномодовому оптоволокну на расстояние до 40 км (каналы дальней связи).

• Максимальная дальность передачи данных по многомодовому оптоволокну класса OM3 не менее 100 м.

• Максимальная дальность передачи данных по витопарному кабелю не менее 10 м.

• Поддержка интенсивности битовых ошибок в сервисном интерфейсе MAC/PLS не больше 10–12.

Следующий шаг группы HSSG — направление запроса PAR комитету IEEE для инициирования написания нового стандарта, в процессе которого должны быть определены технические детали, обеспечивающие точное соответствие новой технологии вышеприведенным общим техническим требованиям.

Спор о 40 Гбит/с

Сегодня имеется много сторонников включения в запрос PAR требования обеспечения скорости передачи данных 40 Гбит/с (в дополнение к целевому параметру — 100 Гбит/с), в которой заинтересованы участники рынка серверов и решений для ЦОДов и сетей SAN. В недавнем прошлом было множество споров об экономической целесообразности и рыночном потенциале реализации этой промежуточной скорости. Высказывалось такого рода опасение, что разработка 40-Гбит/с технологии может замедлить создание столь нужного стандарта на 100-Гбит/с технологию.

Однако в пользу поддержки 40-Гбит/с передачи данных были приведены достаточно веские аргументы, и в настоящее время группа HSSG работает над удовлетворением интересов сторонников обеих скоростей — 40 и 100 Гбит/с, не замедляя при этом работу по формированию окончательной версии PAR.

Следующим шагом этой группы станет предоставление запроса PAR на рассмотрение комитета IEEE 802.3. После его одобрения указанным комитетом институт IEEE начнет писать стандарт на технологию Ethernet следующего поколения. Задача — опубликовать этот стандарт в 2010 г.

В соответствии с утвержденными группой HSSG требованиями к оптоволоконным линиям будут разработаны трансиверы, поддерживающие одномодовое и многомодовое волокно класса OM3 (известное еще как многомодовое 50-мкм волокно, оптимизированное для работы с 850-нм лазерами). Учитывая тот факт, что обычное 62,5-мкм волокно класса ОМ1 и 50-мкм волокно класса ОМ2 не будут совместимы с новым 100-Гбит/с стандартом, более не рекомендуется устанавливать кабели с волокнами этих классов в новых ЦОДах, сетях SAN и в средах HPC, для которых большое значение имеет моральное неустаревание их кабельной инфраструктуры в плане поддержки высоких скоростей передачи данных.

Разные решения

Специальный комитет Fiber Optic Ad Hoc рассматривает различные типы трансиверов с целью реализации новых высокоскоростных каналов. Он предлагает использовать существующие трансиверные решения, в том числе параллельные оптические интерфейсы (иногда работу таких интерфейсов называют пространственным мультиплексированием каналов) и технологию «грубого» спектрального уплотнения (Coarse Wavelength Division Multiplexing — CWDM), причем сами трансиверы должны обеспечивать скорость передачи данных 10–50 Гбит/с. Превосходным учебным пособием по этим сетевым технологиям является бюллетень TIA TSB-172.

Для связи по многомодовому волокну класса OM3 группа HSSG и комитет Fiber Ad Hoc рассматривают возможности использования недорогих параллельных массивов (arrays) 850-нм оптических трансиверов или комбинации таких массивов и мультиплексирования CWDM. Лидирующий кандидат на практическую реализацию — первый подход. При его применении объединенные в массив двенадцать 10-Гбит/с 850-нм оптических трансиверов подсоединяют к волокнам класса OM3 посредством 12-волоконного группового разъема MPO. Передаваемые данные поровну распределяются между всеми волокнами.

Односторонний канал пропускной способностью 100 Гбит/с можно реализовать из 12 волокон класса ОМ3, по каждому из которых данные будут передаваться со скоростью 10 Гбит/с. (Предложенный для такой системы метод кодирования данных снижает пропускную способность канала со 120 до 100 Гбит/с). Для реализации дуплексного канала потребуются 24 волокна (по 12 волокон для каждого направления передачи информации).

Аналогичный подход можно использовать для пересылки данных со скоростью 40 Гбит/с по волокну класса OM3. В этом случае односторонний канал должен состоять из четырех или шести волокон, по каждому из которых данные будут передаваться со скоростью 10 Гбит/с. Для организации дуплексного 40-Гбит/с канала потребуются 12 волокон вместо 24 в 100-Гбит/с канале. Параллельные решения относительно простые и недорогие, ведь в них многократно применяются одни и те же серийно выпускаемые элементы.

С целью удешевления электронного оборудования для высокоскоростных каналов на базе волокна класса OM3 производители трансиверов предлагают снизить требования к радиальному распределению энергии (encircled flux) лазерного луча и/или его спектральным характеристикам, определенные для современных трансиверов 10GBase-SR. Как результат максимальная протяженность канала на базе волокна класса OM3 может уменьшиться (в зависимости от степени снижения выше названных требований) с 300 до 100 м. В данном случае причиной этого станет не узкая полоса пропускания волокна, а стремление разработчиков снизить стоимость 12-трансиверного массива.

В поисках оптимального баланса

Для сетей ЦОДов максимальной длины нового высокоскоростного канала, равной 100–150 м, вполне достаточно. В процессе разработки стандарта производители трансиверов и оптоволокна найдут оптимальный баланс их технических характеристик, минимизирующий стоимость решения и максимально повышающий дальность связи.

Еще одним направлением деятельности группы HSSG и комитета Fiber Ad Hoc является изучение возможностей реализации 100-Гбит/с каналов на основе одномодового волокна с использованием технологии CWDM. В этом случае по одному волокну в одном направлении будут передаваться сразу несколько световых волн разной длины. Пример реализации аналогичного подхода — трансивер 10GBase-LX4. Рассматриваются следующие четыре варианта организации 100-Гбит/с каналов с расстоянием между длинами волн 20 нм в участке спектра около 1310 нм: 10 * 10; 5 * 20; 4 * 25; 2 * 50 Гбит/с (указаны число длин волн в волокне и скорость передачи по каждой из них).

На данный момент самым предпочтительным считается третий вариант — 4 * 25 Гбит/с, с четырьмя длинами волн и передачей данных со скоростью 25 Гбит/с по каждой волне. Наибольшую гибкость при реализации любого из предложенных решений обеспечивает использование соответствующего стандарту ITU G.652D одномодового волокна без водяного пика.

А почему бы не задействовать одномодовое волокно с одним 100-Гбит/с лазером (последовательная передача данных)? Дело в том, что сегодня такие лазеры серийно не выпускают и, по всей вероятности, не будут выпускать в течение еще очень продолжительного времени. Разработать и запустить в производство экономичный лазер, обеспечивающий столь высокую скорость передачи, будет слишком проблематично. Таким образом, несмотря на исключительно широкую полосу пропускания одномодового волокна, для достижения более высоких скоростей передачи данных по нему потребуется использовать несколько лазеров с разными длинами волн.

Стоимостные факторы

Преимущество многомодовых волокон класса ОМ3 состоит в том, что с ними работают широко доступные и относительно недорогие 850-нм трансиверы с полупроводниковыми лазерами на вертикальных резонаторах (Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers — VCSEL). Сегодня именно эти трансиверы способствуют широкому использованию многомодового оптоволокна для организации 1- и 10-Гбит/с каналов. Большие масштабы производства портов 10GBase-SR создают экономически благоприятные условия для разработки массивов из 12 VCSEL-лазеров.

Одномодовые CWDM-системы хороши тем, что работают с недорогим одномодовым волокном, но зато их передатчики и приемники сложнее этой же аппаратуры, ориентированной на многомодовые волокна, которые предполагается использовать в параллельных системах. Те же самые трудности с производством трансиверов и совмещением коннекторов, повышающие стоимость 1310-нм систем с одномодовым волокном, становятся еще больше при увеличении числа длин волн в этом волокне. Кроме того, CWDM-трансиверы, обеспечивающие планируемые более высокие скорости передачи данных, отсутствуют в продаже, и для их появления на рынке нужно провести дополнительные научные исследования и разработки.

Поскольку стоимость оптических портов обычно составляет большую часть полной стоимости системы передачи данных, то можно предположить, что нынешнее ценовое преимущество 850-нм систем сохранится и на более высоких скоростях. Иными словами, самым экономичным выбором для организации высокоскоростных каналов малой протяженности по-прежнему останется многомодовое волокно класса OM3. Для организации линий большой протяженности лучше выбрать одномодовое волокно без водяного пика.

В ожидании новой технологии Ethernet

В настоящее время существует очень большая заинтересованность предпритяий и организаций в реализации 100-Гбит/с и, по всей вероятности, 40-Гбит/с каналов в общественных и частных сетях передачи данных с целью поддержки сервисов Triple Play, значительного числа видеоприложений, расширения инфраструктур SAN в ЦОДах и развития систем высокопроизводительных вычислений. Чтобы удовлетворить эту потребность, институт IEEE предполагает разработать стандарт на технологию Ethernet следующего поколения..

© ООО "Омиком-Красноярск" 2007-2018

Сайт разработан в студии EVO art
Zyxel Telenco D-link evrokabel
Данный сайт носит исключительно информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой,
определяемой положениями Статьи 437 Гражданского кодекса.