Ethernet на волоконно-оптических кабелях

В сети стандарта 802.3 можно использовать волоконно-оптические кабельные системы. Главные их достоинства — устойчивость к любому виду взаимных электри­ческих помех и возможность обеспечить дальность связи. Длина волоконно-оптиче­ского канала связи может составлять до 4,5 км. По сообщениям фирмы Codenoll, которая является одним из ведущих поставщиков на этом рынке, силами этой фирмы была успешно осуществлена инсталляция самой большой в мире волоконно-оптиче­ской сети в штаб-квартире компании Southwestern Bell (г. Сент-Луис, шт. Миссури, США). Эта сеть охватывает помещения общей площадью полтора миллиона кв. футов на 44 этажах и состоит из 3000 станций, соединенных 92 милями волоконно-опти­ческого кабеля.

На каждой рабочей станции сети должна быть установлена NIC, рассчитанная на передачу в соответствии со стандартом 802.3 по волоконно-оптическому кабелю. Codenoll предлагает трансивер, который выполнен как внешний, но следует, однако, отметить, что в такой сети принцип работы как приемников, так и передатчиков в любом варианте исполнения одинаков: передатчики преобразуют электрические сигналы в световые импульсы, а в приемниках производится обратное преобразова­ние оптических сигналов в электрические.

Оптический шинный звездообразный ответвитель посылает оптические сигналы всем станциям сети. Он представляет собой эквивалент концентратора стандарта 10BaseT. Использование повторителей позволяет, во-первых, увеличить расстояние, на которое передается информация, и, во-вторых, реализовать "каскадные звезды" путем соединения оптических звездооб­разных ответвителей. На рынке предлагаются различные модели этих ответвителей (в этом легко убедиться на примере ассортимента изделий фирмы Codenoll): коакси­альный - волоконнооптический, волоконнооптический - волоконнооптический, коаксиальный - коаксиальный. Реальные волоконнооптические кабели поставляются с уже смонтированными соединителями и заменяют собой коаксиальные кабельные системы и витые пары. Схема сети Ethernet на волоконной оптике представлена на Рис. 2.

Рис.2 Волоконно-оптическая сеть Ethernet

Высокоскоростные варианты сети Ethernet

Многим фирмам, имеющим большие ЛВС типа Ethernet, уже пришлось столк­нуться с сетевым эквивалентом дорожной пробки. Как только процент использования сети превышает 40%, ее пропускная способность падает и начинают поступать жалобы от пользователей. Поэтому администраторы сетей были вынуждены заняться поиском способов увеличения трафика, не требующих ввода в эксплуатацию новых сетевых "автострад".

Дуплексная Ethernet.

В конце 1993 года фирма Kalpana внедрила дуплексную технологию Ethernet. Эта сеть состоит из двух каналов со скоростью передачи 10 Мбит/с, один из которых служит для приема, а другой - для передачи данных по соединению точка-точка. На обоих концах дуплексного соединения данные могут одновременно передаваться и приниматься по нуль-модемному кабелю, что в сумме дает пропускную способность 20 Мбит/с. С коммутатором Kalpana на скорости 20 Мбит/с может работать сервер с EISA-øèíîé и адаптером NetFlex-2 фирмы Compaq или сервер с шиной Micro Channel и адаптером EtherStreamer-32 фирмы IBM.

В сетях, реализованных по дуплексной технологии Ethernet, имеется серьезное ограничение по производительности. Дело в том, что скорости, близкой к 20 Мбит/с, в такой сети можно достичь только тогда, когда трафик сбалансирован в обоих направлениях. А поскольку связь клиент-сервер в большинстве случаев является односторонней, то чаще всего общая производительность оказывается ниже ожидае­мой. Однако дуплексные Ethernet-àäàïòåðû все же обеспечивают гораздо более высокую пропускную способность даже в полудуплексном режиме, поэтому при использовании дуплексной Ethernet общая эффективность сети все равно будет выше, и администраторам сетей полезно об этом знать.

Дуплексная Ethernet - это коммутируемая специализированная версия стандарт­ной Ethernet, в которой каналы со скоростью передачи 10 Мбит/с можно формировать в двух направлениях, чтобы добиться суммарной пропускной способности 20 Мбит/с, Аппаратные средства для реализации этой технологии на рынке присутствуют в широком ассортименте. Так, поскольку шина Micro Channel фирмы IBM обеспечи­вает пакетный режим, IBM предлагает для дуплексных Ethernet-ñåòåé свои платы LANStreamer и EtherStreamer, рекламируя их как наиболее удачные разработки в этой области. Фирма Texas Instruments также проявляет интерес к дуплексной Ethernet, но ее разработки существенно отличаются от изделий других поставщиков Ethernet. Предлагается также совместная разработка фирм SynOptics и Kalpana: дуплексный коммутатор встроен в концентраторы. Compaq тоже не обошла вниманием этот сегмент рынка. Она предлагает свою плату NetFlex с микросхемами Texas Instruments.

Обилие предложений на рынке порождает серьезную проблему для администра­торов сетей. Она заключается в несовместимости упомянутых аппаратных средств. Поэтому, несмотря на то, что разработками в данной области занимается такая авторитетная фирма, как Cabletron, многие поставщики заняли выжидательную позицию, т.к. пока неизвестно, проявят ли интерес покупатели к этой версии технологии. Если только потребитель не приобрел одну из интеллектуальных разра­боток типа предлагаемых фирмами Cabletron и SynOptics, то ему, конечно же, не следует торопиться с вложением средств в эту технологию, ибо она не обеспечивает приемлемой совместимости в сетях масштаба предприятия. Кроме того, при стоимо­сти около $700 за порт дуплексная Ethernet по цене значительно превосходит Ethernet со скоростью передачи 100 Мбит/с.

100-VG AnyLAN.

Основными разработчиками технологии 100BaseVG AnyLAN, по реализации напоминающей комбинацию Ethernet и Token Ring со скоростью передачи 100 Мбит/с, работающей на неэкранированных витых парах (UTP) катего­рий 3-5, являются фирмы Hewlett-Packard, AT&T и IBM. Эта технология в конечном итоге стала стандартом IEEE 802.12. В спецификации 100-VG (Voice Grade, т.е. "класс передачи речи") предусматривается поддержка волоконно-оптических кабель­ных систем и экранированных витых пар (STP). Число потенциальных потребителей этой технологии представляется достаточно большим, поскольку многие сети Token Ring включают кабели на экранированных витых парах, поэтому при переходе от Token Ring со скоростью 16 Мбит/c к 100-VG не потребуется менять существущую кабельную системы.

В технологии 100-VG используется не традиционный для Ethernet метод CSMA/CD, а другой метод доступа - обработка запросов по приоритету (demand priority). В этом случае всем узлам сети предоставляется право равного доступа. Концентратор опрашивает каждый порт и проверяет наличие запроса на передачу, а затем разрешает этот запрос в соответствии с приоритетом. Имеются два уровня приоритетов - высокий и низкий.

Система обработки запросов по приоритету работает на четырехпарных кабелях из неэкранированных витых пар категорий 3, 4 и 5, на двухпарных кабелях из экранированных витых пар (STP или IBM тип 1), а также на одномодовых и многомодовых волоконно-оптических кабелях. Для передачи данных по неэкрани­рованным витым парам применяется технология квадратурного кодирования (quartel coding). Данные разбиваются на четыре параллельных потока, каждый из которых направляется по одной паре четырехпарного UTP-êàáåëÿ. В каждой паре проводов для передачи двух битов информации за один цикл применяется эффек­тивная схема кодирования 5В6В NRZ (пять битов - шесть битов без возвращения к нулю). Таким образом, квадратурное кодирование позволяет передавать по четырех­парному UTP-êàáåëþ 100 Мбит данных в секунду, при этом частоты сигналов в отдельных витых парах сохраняются на уровне не выше 25 МГц - гораздо ниже пределов, установленных Федеральной комиссией по связи США.

Для того чтобы обеспечить передачу 100 Мбит данных в секунду по кабелю на экранированных витых парах, данные в сети 100-VG AnyLAN разбиваются на два параллельных потока. Этот метод позволяет воспользоваться преимуществом срав­нительно высокого уровня экранирования, который обеспечивает экранированная витая пара, и передавать данные на более высоких частотах. В результате скорость передачи 100 Мбит/с достигается всего на двух парах проводов.

Как и в технологии 10BaseT, в 100BaseVG AnyLAN возможно каскадирование концентраторов в пределах одной подсети и расширение конфигурации сети без дополнительных мостов или иных компонентов. В каскадной конфигурации 100-VG AnyLAN протокол обработки запросов по приоритету позволяет концентраторам автоматически определять, подключены они к концентратору более высокого уровня или нет. Получив запрос на передачу пакета из подключенного узла, концентратор нижнего уровня направляет этот запрос в концентратор следующего более высокого уровня. Концентратор верхнего уровня проводит арбитраж этого запроса вместе с запросами, поступившими из других узлов и концентраторов. После того как кон­центратор верхнего уровня подтвердит по очереди прием каждого запроса, подтвер­ждение направляется по каскаду в концентратор нижнего уровня, который по его получении подтверждает прием всех ожидающих запросов, а после этого возвращает управление концентратору более высокого уровня. Когда концентратор нижнего уровня передаст подтверждение в запросивший узел, последний начнет передачу пакета, имея гарантию его бесконфликтного прохождения по всем подключенным концентраторам данной подсети.

Таким образом, схема арбитража запросов по приоритетам позволяет работать множеству концентраторов по принципу равного доступа и без снижения эффектив­ности сети. Как и 10BaseT, сеть 100-VG AnyLAN можно сегментировать с помощью мостов и коммутаторов, обеспечивая таким образом одновременную передачу пакетов в отдельных подсетях, что еще более увеличивает полосу пропускания для отдельных узлов и серверов. Вариант топологии сети 100-VG AnyLAN представлен на Рис. 3.

Рис. 3. Топология сети 100-VG AnyLAN

Серьезными недостатками технологии 100-VG являются отход от традиционного для Ethernet метода доступа CSMA/CD и ощутимый недостаток совместимости с существующими сетями Ethernet. Если технология 100-VG AnyLAN применяется для расширения работающей сети 10BaseT, то для соединения подсетей 10BaseT и 100-VG AnyLAN необходим мост-согласователь скоростей передачи. Этот мост буферизует высокоскоростные пакеты, поступающие в менее скоростную сеть. Поскольку и в 10BaseT, и в 100BaseVG AnyLAN можно использовать один и тот же формат Ethernet-ïàêåòà, преобразования пакетов и других операций обработки не требуется.

Для расширения узлов 10BaseT их сетевые адаптеры необходимо заменить адапте­рами 100-VG AnyLAN. Прокладывать новый кабель не нужно. Можно использовать тот же соединитель RJ-45 и те же неэкранированные витые пары, которые применяются в ЛВС 10BaseT. Второй шаг по замене старых узлов 10BaseT узлами 100-VG AnyLAN состоит в отключении кабельных соединителей узлов от портов концентратора 10BaseT в монтажном шкафу и подключении их к портам концентратора 100-VG AnyLAN.