Локальная сеть своими руками: Выбор и обжим сетевого кабеля. Физика Ethernet для самых маленьких

Практически ни одна локальная сеть не обходится без проводных сегментов, где компьютеры подключаются к сети с помощью кабелей. В этом материале вы узнаете, какие виды, и типы кабелей используются для создания локальных сетей, а так же научитесь самостоятельно их изготавливать.

Практически ни одна локальная сеть, будь она домашней или офисной, не обходится без проводных сегментов, где компьютеры подключаются к сети с помощью кабелей. Это и не удивительно, ведь такое решение для передачи данных между компьютерами до сих пор является одним из самых скоростных и надежных.

Виды сетевого кабеля

В проводных локальных сетях для передачи сигнала используется специальный кабель под названием «витая пара». Называется он так, потому что состоит из четырех пар свитых между собой медных жил, что позволяет снизить помехи от различных источников.

Помимо этого витая пара, имеет общую внешнюю плотную изоляцию из поливинилхлорида, которая так же очень мало подвержена электромагнитным помехам. Более того, в продаже можно встретить как неэкранированный вариант кабеля UTP (Unshielded Twisted Pair), так и экранированные разновидности, имеющие дополнительный экран из фольги - или общий для всех пар (FTP - Foiled Twisted Pair), или для каждой пары по отдельности (STP - Shielded Twisted Pair).

Применять дома модификацию витой пары с экраном (FTP или STP) имеет смысл только при больших наводках или для достижения максимальных скоростей при очень большой длине кабеля, которая желательно не должна превышать 100 м. В остальных случаях сгодится более дешевый неэкранированный кабель UTP, который можно найти в любом компьютерном магазине.

Кабель витая пара разделяется на несколько категорий, которые маркируются от CAT1 до CAT7. Но не стоит сразу пугаться такого разнообразия, так как для построения домашних и офисных компьютерных сетей используется в основном кабель без экрана категории CAT5 или его несколько усовершенствованная версия CAT5e. В некоторых случаях, например, когда сеть прокладывается в помещениях с большими электромагнитными наводками, можно воспользоваться кабелем шестой категории (CAT6), имеющий общий экран в виде фольги. Все вышеописанные категории способны обеспечить передачу данных на скоростях 100 Мбит/c при использовании двух пар жил, и 1000 Мбит/с при использовании всех четырех пар.

Схемы обжима и типы сетевого кабеля (витой пары)

Обжимом витой пары называют процедуру закрепления специальных разъемов на концах кабеля, в качестве которых используются 8-контактные коннекторы 8P8C, которые обычно называют RJ-45 (хотя это несколько неверно). При этом разъемы могут быть как неэкранированными для кабеля UTP, так и экранированными для кабелей FTP или STP.

Избегайте покупки, так называемых коннекторов со вставкой. Они предназначены для использования с мягкими многожильными кабелями и для их установки требуется определенная сноровка.

Для укладки проводов, внутри коннектора нарезаны 8 маленьких канавок (по одной для каждой жилы), над которыми в конце располагаются металлические контакты. Если держать разъем контактами вверх, защелкой к себе, а вход для кабеля будет смотерть на вас, то первый контакт будет располагаться справа, а слева - восьмой. Нумерация контактов важна в процедуре обжима, так что запомните это.

Существует две основные схемы распределения проводов внутри разъемов: EIA/TIA-568А и EIA/TIA-568B.

При использовании схемы EIA/TIA-568A провода с первого по восьмой контакт укладываются в следующем порядке: Бело-зеленый, Зеленый, Бело-оранжевый, Синий, Бело-синий, Оранжевый, Бело-коричневый и Коричневый. В схеме EIA/TIA-568В провода идут так: Бело-оранжевый, Оранжевый, Бело-зеленый, Синий, Бело-синий, Зеленый, Бело-коричневый и Коричневый.

Для изготовления сетевых кабелей, используемых при коммутации между собой компьютерных устройств и сетевого оборудования в различных сочетаниях, применяется два основных варианта обжима кабеля: прямой и перекрестный (кроссовый). С помощью первого, самого распространённого варианта, изготавливаются кабели, которые используются для подключения сетевого интерфейса компьютера и прочих клиентских устройств к коммутаторам или маршрутизаторам, а так же соединения между собой современного сетевого оборудования. Второй, менее распространенный вариант, используется для изготовления кроссового кабеля, позволяющего через сетевые карты соединить напрямую между собой два компьютера, без использования коммутационного оборудования. Так же перекрестный кабель вам может понадобиться для объединения старых коммутаторов в сеть через порты up-link.

Что бы изготовить прямой сетевой кабель , необходимо оба его конца обжать по одинаковой схеме. При этом можно использовать как вариант 568А, так и 568В (применяется гораздо чаще).

Стоит отметить, что для изготовления прямого сетевого кабеля совсем не обязательно использовать все четыре пары - будет достаточно и двух. В этом случае, с помощью одного кабеля «витая пара» можно подключить к сети сразу два компьютера. Таким образом, если не планируется высокий локальный трафик, расход проводов для построения сети можно уменьшить в два раза. Правда, учтите, что при этом, максимальная скорость обмена данными у такого кабеля упадет в 10 раз - c1 Гбит/с до 100 Мбит/c.

Как видно из рисунка, в данном примере используются Оранжевая и Зеленая пары. Для обжима второго разъема, место Оранжевой пары занимает Коричневая, а место Зеленой - Синяя. При этом схема подключения к контактам сохраняется.

Для изготовления кроссового (перекрестного) кабеля необходимо один его конец обжать по схеме 568А, а второй - по схеме 568В.

В отличие от прямого кабеля, для изготовления кроссовера всегда требуется использовать все 8 жил. При этом перекрестный кабель для обмена данными между компьютерами на скоростях до 1000 Мбит/c изготавливается особенным способом.

Один его конец обжимается по схеме EIA/TIA-568В, а другой имеет следующую последовательность: Бело-зелёный, Зелёный, Бело-оранжевый, Бело-коричневый, Коричневый, Оранжевый, Синий, Бело-синий. Таким образом, видим, что в схеме 568А местами поменялись Синяя и Коричневая пары с сохранением последовательности.

Заканчивая разговор о схемах, резюмируем: обжав оба конца кабеля по схеме 568В (2 или 4 пары), получаем прямой кабель для соединения компьютера с коммутатором или роутером. Обжав один конец по схеме 568А, а другой по схеме 568В, получаем кроссовый кабель для соединения двух компьютеров без коммутационного оборудования. Особняком стоит изготовление гигабитного перекрестного кабеля, где требуется специальная схема.

Обжим сетевого кабеля (витой пары)

Для самой процедуры обжимки кабеля нам понадобится специальный обжимной инструмент, называемый кримпером. Кримпер представляет из себя клещи с несколькими рабочими областями.

В большинстве случаев, ближе к рукояткам инструмента, размещаются ножи для обрезания проводов витой пары. Здесь же в некоторых модификациях можно найти специальную выемку для зачистки внешней изоляции кабеля. Далее, в центре рабочей области, располагается одно или два гнезда для обжимки сетевого (маркировка 8Р) и телефонного (маркировка 6Р) кабелей.

Перед обжимкой разъемов, отрежьте под прямым углом кусок кабеля нужной длины. Затем с каждой его стороны снимите общую внешнюю изоляционную оболочку на 25-30 мм. При этом не повредите собственную изоляцию проводников, находящихся внутри витой пары.

Далее начинаем процесс сортировки жил по цветам, согласно выбранной схеме обжима. Для этого, расплетите и выровняйте провода, после чего разложите их в ряд в нужном порядке, прижав, плотно друг к другу, а затем обрежьте концы ножом кримпера, оставив приблизительно 12-13 мм от края изоляции.

Теперь аккуратно одеваем коннектор на кабель, следя за тем, чтобы жилы не перепутались, и каждая из них вошла в свой канал. Проталкивайте жилы до конца, пока они не упрутся в переднюю стенку разъема. При правильной длине концов проводников, все они должны зайти в разъем до упора, а изоляционная оболочка должна обязательно оказаться внутри корпуса. Если это не так, то вытащите жилы и несколько укоротите их.

После того, как вы одели разъем на кабель, остается его только там зафиксировать. Для этого вставьте коннектор в соответствующее гнездо, расположенное на обжимном инструменте и до упора плавно сожмите рукоятки.

Конечно, хорошо, когда дома имеется кримпер, ну а что делать, если его нет, а обжать кабель очень нужно? Понятно, что снять внешнюю изоляцию можно с помощью ножа, а для обрезки жил использовать обычные кусачки, но как быть с самой обжимкой? В исключительных случаях для этого можно использовать узкую отвертку или тот же нож.

Установите сверху на контакт отвертку и нажмите на нее так, что бы зубцы контакта врезались в проводник. Понятно, что проделать эту процедуру необходимо со всеми восемью контактами. В заключении продавите центральную поперечную часть для закрепления в разъеме изоляции кабеля.

И напоследок дам небольшой совет: Перед первой обжимкой кабеля и коннекторов купите с запасом, так как хорошо выполнить эту процедуру с первого раза получается далеко не у каждого.

Недавно я посетил интернет-форум, на котором люди обсуждали свои 1-гигабитные волоконные интернет-соединения. «Повезло им!» — подумал я. Но действительно ли в везении дело? Если вы заметили, что вместо 1 Гбит/с вы получаете порядка 80 Мбит/с, или даже меньше, проблема можем заключаться в неправильном Ethernet кабеле.

В этой статье мы расскажем, как правильно выбрать Ethernet кабель для максимальной скорости интернет-соединения.

WiFi против Ethernet

Давайте сразу выясним, что Ethernet кабель обеспечивает более высокие скорости интернет-соединений, чем Wi-Fi. Да, беспроводная сеть – это очень удобно, но, если вы хотите получить максимальную скорость интернета, тогда вам следует использовать Ethernet кабель.

Ethernet на помощь!

Естественно, если у вас есть проводная сеть и очень быстрый широкополосный интернет, вы не хотите использовать соединение 100 Мбит/с (Fast Ethernet) между вашим компьютером и модемом вашего провайдера. Это было бы глупо! Вам нужен гигабитный интернет.

Все, что вам нужно, это подключить все ваши домашние устройства с помощью недорогих Ethernet кабелей Cat 6, а также использовать дешевые гигабитные коммутаторы в качестве «узлов» для соединения ваших устройств.

Моя домашняя сеть выглядит следующим образом:

Довольно просто, не правда ли?

Оранжевая линия — кабель Ethernet Cat 6. Вы просто подключаете компьютеры, роутеры, ноутбуки с помощью этих кабелей, и все «просто работает».

Тем не менее, вам стоит обратить внимание, что некоторые ноутбуки поставляются с дешевыми встроенными адаптерами Fast Ethernet, которые предлагают скорость соединения не выше 100 Мбит/с. Если у вас произошла такая ситуация с компьютером, купите гигабитный USB-ethernet адаптер.

Но какие коммутаторы и Ethernet кабели следует купить?

Это тоже довольно легкий вопрос.

В качестве Ethernet коммутаторов вам нужен качественный «гигабитный Ethernet-коммутатор». Мы советуем приобрести 8-портовый D-Link Gigabit DGS-108, который прекрасно подходит для домашнего использования.

Этот коммутатор очень удобен в использовании: когда вы подключаете Ethernet кабель, и разъем мигает зеленым, тогда он работает на скорости 1 гигабит. Если индикатор оранжевый – скорость всего лишь 10 или 100 Мбит/с. Таким образом, вы можете определить, какой Ethernet адаптер используется в вашем компьютере, о чем мы уже говорили выше.

Что касается Ethernet кабелей, вам просто нужно убедиться, что вы используете Cat 6 (категории 6). Кабели Ethernet обычно имеют категорию, напечатанную на них, например:

Обратите внимание, что существуют и другие типы Ethernet кабелей, такие как Cat 5, Cat 5e, Cat 6a и т.д. Любой кабель, который имеет надпись Cat 6, является отличным вариантом для нашей ситуации (независимо от буквы в конце, если таковая имеется). Не следует покупать Ethernet кабели категории Cat 5, потому что они предназначены для работы в сетях менее 1 Гбит/с.

Кстати, разъемы на Ethernet кабелях не играют особую роль на качество и скорость сигнала. Четыре витые пары проводов внутри кабеля играют гораздо большее значение. Чем выше категория, тем быстрее кабель передаст данные. Вот почему вам следует использовать Cat 6 или выше. Cat 6 предназначен для гигабитного Ethernet!

Также вам не стоит переживать об экранировании, если вы покупаете готовый кабель. Просто убедитесь, что это Cat 6, и полный вперед!

Мы подготовили несколько советов и заметок об использовании Ethernet кабелей по всему дому:

• Не разматывайте сетевой кабель;
• Не зажимайте кабель в дверях;
• Не сгибайте кабель под прямым углом; закругляйте его по углам.

Ethernet кабель Cat 6 немного прочнее, чем другие, потому он имеет пластиковый сердечник, который вмещает витые пары проводов. Но вы все равно не должны злоупотреблять прочностью кабеля. Чем больше вы будете сжимать кабель, тем больше будут сдвигаться провода внутри, и тем ниже будет скорость передачи данных.

Используя несколько простых советов, вы можете сделать свою домашнюю сеть максимально быстрой. 1 Гбит/с интернет-соединение не проблема, конечно, если ваш интернет-провайдер предлагает такой быстрый широкополосный доступ.

Современный мир все больше входит в зависимость от объемов и потоков информации, идущей в различных направлениях по проводам и без них. Все началось достаточно давно и с более примитивных средств, чем сегодняшние достижения цифрового мира. Но описывать все виды и способы, при помощи которых один человек доносил нужные сведения до сознания другого, мы не намерены. В данной статье хочется предложить читателю рассказ о не так давно созданном и успешно развивающемся сейчас стандарте передачи цифровой информации, который называется Ethernet.

Рождение самой идеи и технологии Ethernet происходило в стенах корпорации Xerox PARC вместе с другими первыми разработками этого же направления. Официальной датой изобретения Ethernet стало 22 мая 1973 года, когда Роберт Меткалф (Robert Metcalfe) составил докладную записку для главы PARC о потенциале технологии Ethernet. Однако запатентовали ее только через несколько лет.

В 1979 году Меткалф ушёл из Xerox и основал компанию 3Com, главной задачей которой стало продвижение компьютеров и локальных вычислительных сетей (ЛВС). Заручившись поддержкой таких именитых компаний как DEC, Intel и Xerox был разработан стандарт Ethernet (DIX). После официальной публикации 30 сентября 1980 года он начал соперничество с двумя крупными запатентованными технологиями - token ring и ARCNET, которые впоследствии были полностью вытеснены, из-за их меньшей эффективности и большей себестоимости, чем продукция для Ethernet.

Изначально по предложенным стандартам (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) собирались использовать в качестве передающей среды коаксиальный кабель, но в дальнейшем пришлось отказаться от этой технологии и перейти на использование оптических кабелей и витой пары.

Основным преимуществом в начале развития технологии Ethernet стал метод управления доступом. Он подразумевает множественные соединения с контролем несущей и обнаружение коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), скорость передачи данных при этом равна 10 Мбит/с, размер пакета от 72 до 1526 байт, в нем же описаны методы кодирования данных. Предельное значение рабочих станций в одном разделяемом сегменте сети ограничено числом 1024, но возможны и другие более малые значения при установке более жестких ограничений к сегменту тонкого коаксиала. Но такое построение очень скоро стало неэффективным и на смену ему в 1995 году пришел стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с, а позже был принят стандарт IEEE 802.3z Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с. На данный момент уже в полной мере используется 10 Gigabit Ethernet IEEE 802.3ae, обладающий скоростью в 10 000 Мбит/с. Кроме того, уже имеем разработки направленные на достижение скорости в 100 000 Мбит/с 100 Gigabit Ethernet, но обо всем по порядку.

Очень важной позицией, лежащей в основе стандарта Ethernet, стал формат его кадра. Однако его вариантов существует довольно много. Вот некоторые из них:

Variant I первенец и уже вышедший из применения.

Ethernet Version 2 или Ethernet-кадр II, ещё называемый DIX (аббревиатура первых букв фирм-разработчиков DEC, Intel, Xerox) - наиболее распространена и используется по сей день. Часто используется непосредственно протоколом интернет.

Novell - внутренняя модификация IEEE 802.3 без LLC (Logical Link Control).

Кадр IEEE 802.2 LLC.

Кадр IEEE 802.2 LLC/SNAP.

В качестве дополнения, Ethernet-кадр может содержать тег IEEE 802.1Q, для идентификации VLAN, к которой он адресован, и IEEE 802.1p для указания приоритетности.

Некоторые сетевые карты Ethernet, производимые компанией Hewlett-Packard использовали при работе кадр формата IEEE 802.12, соответствующий стандарту 100VG-AnyLAN.

Для различных типов кадра имеют и различные форматы и значения MTU.

Функциональные элементы технологии G igabit Ethernet

Отметим, что производители Ethernet-карт и других устройств в основном включают в свою продукцию поддержку нескольких предыдущих стандартов скоростей передачи данных. По умолчанию, используя автоопределение скорости и дуплексности, сами драйвера карты определяют оптимальный режим работы соединения между двумя устройствами, но, обычно, есть и ручной выбор. Так покупая устройство с портом Ethernet 10/100/1000, мы получаем возможность работать по технологиям 10BASE-T, 100BASE-TX, и 1000BASE-T.

Приведем хронологию модификаций Ethernet , разделив их по скоростям передачи.

Первые решения:

Xerox Ethernet - оригинальная технология, скорость 3 Мбит/с, существовала в двух вариантах Version 1 и Version 2, формат кадра последней версии до сих пор имеет широкое применение.

10BROAD36 - широкого распространения не получил. Один из первых стандартов, позволяющий работать на больших расстояниях. Использовал технологию широкополосной модуляции, похожей на ту, что используется в кабельных модемах. В качестве среды передачи данных использовался коаксиальный кабель.

1BASE5 - также известный, как StarLAN, стал первой модификацией Ethernet-технологии, использующей витую пару. Работал на скорости 1 Мбит/с, но не нашёл коммерческого применения.

Более распространенные и оптимизированные для своего времени модификации 10 Мбит/с Ethernet:

10BASE5, IEEE 802.3 (называемый также «Толстый Ethernet») - первоначальная разработка технологии со скоростью передачи данных 10 Мбит/с. IEEE использует коаксиальный кабель, с волновым сопротивлением 50 Ом (RG-8), с максимальной длиной сегмента 500 метров.

10BASE2, IEEE 802.3a (называемый «Тонкий Ethernet») - используется кабель RG-58, с максимальной длиной сегмента 200 метров. Для присоединения компьютеров друг к другу и подключения кабеля к сетевой карте нужен T-коннектор, а на кабеле должен быть BNC-коннектор. Требуется наличие терминаторов на каждом конце. Многие годы этот стандарт был основным для технологии Ethernet.

StarLAN 10 - Первая разработка, использующая витую пару для передачи данных на скорости 10 Мбит/с. В дальнейшем, эволюционировал в стандарт 10BASE-T.

10BASE-T, IEEE 802.3i - для передачи данных используется 4 провода кабеля витой пары (две скрученные пары) категории 3 или категории 5. Максимальная длина сегмента 100 метров.

FOIRL - (акроним от англ. Fiber-optic inter-repeater link). Базовый стандарт для технологии Ethernet, использующий для передачи данных оптический кабель. Максимальное расстояние передачи данных без повторителя 1 км.

10BASE-F, IEEE 802.3j - Основной термин для обозначения семейства 10 Mбит/с Eethernet-стандартов, использующих оптоволоконный кабель на расстоянии до 2 километров: 10BASE-FL, 10BASE-FB и 10BASE-FP. Из перечисленного только 10BASE-FL получил широкое распространение.

10BASE-FL (Fiber Link) - Улучшенная версия стандарта FOIRL. Улучшение коснулось увеличения длины сегмента до 2 км.

10BASE-FB (Fiber Backbone) - Сейчас неиспользуемый стандарт, предназначался для объединения повторителей в магистраль.

• 10BASE-FP (Fiber Passive) - Топология «пассивная звезда», в которой не нужны повторители – разработана, но никогда не применялась.

Самый распространенный и недорогой выбор на момент написания статьи Быстрый Ethernet (100 Мбит/с) (Fast Ethernet ):

100BASE-T - Основной термин для обозначения одного из трёх стандартов 100 Мбит/с Ethernet, использующий в качестве среды передачи данных витую пару. Длина сегмента до 100 метров. Включает в себя 100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-T2.

100BASE-TX, IEEE 802.3u - Развитие технологии 10BASE-T, используется топология «звезда», задействован кабель витая пара категории 5, в котором фактически используются 2 пары проводников, максимальная скорость передачи данных 100 Мбит/с.

100BASE-T4 - 100 MБит/с Ethernet по кабелю категории 3. Задействованы все 4 пары. Сейчас практически не используется. Передача данных идёт в полудуплексном режиме.

100BASE-T2 - Не используется. 100 Mбит/с Ethernet через кабель категории 3. Используется только 2 пары. Поддерживается полнодуплексный режим передачи, когда сигналы распространяются в противоположных направления по каждой паре. Скорость передачи в одном направлении - 50 Mбит/с.

100BASE-FX - 100 Мбит/с Ethernet с помощью оптоволоконного кабеля. Максимальная длина сегмента 400 метров в полудуплексном режиме (для гарантированного обнаружения коллизий) или 2 километра в полнодуплексном режиме по многомодовому оптическому волокну.

100BASE-LX - 100 Мбит/с Ethernet с помощью оптоволоконного кабеля. Максимальная длина сегмента 15 километров в полнодуплексном режиме по паре одномодовых оптических волокон на длине волны 1310 нм.

100BASE-LX WDM - 100 Мбит/с Ethernet с помощью оптоволоконного кабеля. Максимальная длина сегмента 15 километров в полнодуплексном режиме по одному одномодовому оптическому волокну на длине волны 1310 нм и 1550 нм. Интерфейсы бывают двух видов, отличаются длиной волны передатчика и маркируются либо цифрами (длина волны) либо одной латинской буквой A (1310) или B (1550). В паре могут работать только парные интерфейсы, с одной стороны передатчик на 1310 нм, а с другой на 1550 нм.

Gigabit Ethernet

1000BASE-T, IEEE 802.3ab - Стандарт Ethernet 1 Гбит/с. Используется витая пара категории 5e или категории 6. В передаче данных участвуют все 4 пары. Скорость передачи данных - 250 Мбит/с по одной паре.

1000BASE-TX, - Стандарт Ethernet 1 Гбит/с, использующий только витую пару категории 6. Передающие и принимающие пары разделены физически по две пары в каждом направлении, что существенно упрощает конструкцию приемопередающих устройств. Скорость передачи данных - 500 Мбит/с по одной паре. Практически не используется.

1000Base-X - общий термин для обозначения технологии Гигабит Ethernet со сменными трансиверами GBIC или SFP.

1000BASE-SX, IEEE 802.3z - 1 Гбит/с Ethernet технология использует лазеры с допустимой длиной излучения в пределах диапазона 770-860 нм, мощность излучения передатчика в пределах от -10 до 0 дБм при отношении ON/OFF (сигнал/нет сигнала) не меньше 9 дБ. Чувствительность приемника 17 дБм, насыщение приемника 0 дБм. Используя многомодовое волокно, дальность прохождения сигнала без повторителя до 550 метров.

1000BASE-LX, IEEE 802.3z - 1 Гбит/с Ethernet технология использует лазеры с допустимой длиной излучения в пределах диапазона 1270-1355 нм, мощность излучения передатчика в пределах от 13,5 до 3 дБм, при отношении ON/OFF (есть сигнал/нет сигнала) не меньше 9 дБ. Чувствительность приемника 19 дБм, насыщение приемника 3 дБм. При использовании многомодового волокна дальность прохождения сигнала без повторителя до 550 метров. Оптимизирована для дальних расстояний, при использовании одномодового волокна (до 40 км).

1000BASE-CX - Технология Гигабит Ethernet для коротких расстояний (до 25 метров), используется специальный медный кабель (Экранированная витая пара (STP)) с волновым сопротивлением 150 Ом. Заменён стандартом 1000BASE-T, и сейчас не используется.

1000BASE-LH (Long Haul) - 1 Гбит/с Ethernet технология, использует одномодовый оптический кабель, дальность прохождения сигнала без повторителя до 100 километров.

Технические характеристики стандартов 1000Base-X

10 Gigabit Ethernet

Еще достаточно дорогой, но вполне востребованный, новый стандарт 10 Гигабит Ethernet включает в себя семь стандартов физической среды для LAN, MAN и WAN. В настоящее время он описывается поправкой IEEE 802.3a и должен войти в следующую ревизию стандарта IEEE 802.3.

10GBASE-CX4 - Технология 10 Гигабит Ethernet для коротких расстояний (до 15 метров), используется медный кабель CX4 и коннекторы InfiniBand.

10GBASE-SR - Технология 10 Гигабит Ethernet для коротких расстояний (до 26 или 82 метров, в зависимости от типа кабеля), используется многомодовое оптоволокно. Он также поддерживает расстояния до 300 метров с использованием нового многомодового оптоволокна (2000 МГц/км).

10GBASE-LX4 - использует уплотнение по длине волны для поддержки расстояний от 240 до 300 метров по многомодовому оптоволокну. Также поддерживает расстояния до 10 километров при использовании одномодового оптоволокна.

10GBASE-LR и 10GBASE-ER - эти стандарты поддерживают расстояния до 10 и 40 километров соответственно.

10GBASE-SW, 10GBASE-LW и 10GBASE-EW - Эти стандарты используют физический интерфейс, совместимый по скорости и формату данных с интерфейсом OC-192 / STM-64 SONET/SDH. Они подобны стандартам 10GBASE-SR, 10GBASE-LR и 10GBASE-ER соответственно, так как используют те же самые типы кабелей и расстояния передачи.

10GBASE-T, IEEE 802.3an-2006 - принят в июне 2006 года после 4 лет разработки. Использует экранированную витую пару. Расстояния - до 100 метров.

И наконец, что мы знаем про 100-Gigabit Ethernet (100-GE), еще достаточно сырую, но вполне востребованную технологию.

В апреле 2007 года, после собрания комитета IEEE 802.3 в Оттаве, исследовательской группой Higher Speed Study Group (HSSG) было принято мнение о технических подходах в формировании оптических и медных каналов 100-GE. На данное время окончательно сформирована рабочая группа 802.3ba по разработке спецификации 100-GE.

Как и в предыдущих разработках, стандарт 100-GE будет учитывать не только экономические и технические возможности его осуществления, но и их обратную совместимость с имеющимися системами. На данное время потребность в таких скоростях неоспоримо доказана ведущими компаниями. Постоянно растущие объемы персонализированного контента, в том числе при доставке видео с порталов типа YouTube и других ресурсов, применяющих технологии IPTV и HDTV. Нужно упомянуть также видео по требованию. Все это определяет потребность в 100 Gigabit Ethernet операторов и сервис-провайдеров.

Но на фоне большого выбора старых и перспективно новых технологических подходов в рамках группы Ethernet мы хотим более подробно остановиться на технологии, которая сегодня только приобретает полноценную массовость использования в связи с понижением стоимости ее компонентов. Gigabit Ethernet может полноценно обеспечить работу таких приложений, как потоковое видео, видеоконференции, передача сложных изображений предъявляющих повышенные требования к пропускной способности канал. Преимущества повышения скоростей передачи в корпоративных и домашних сетях становятся все более бесспорным, с падением цен на оборудование такого класса.

Сейчас получил максимальную популярность стандарт IEEE. Принятый в июне 1998 года, он был утвержден как IEEE 802.3z. Но поначалу в качестве среды передачи использовался только оптический кабель. С утверждением в течение последующего года дополнения стандарта 802.3ab средой передачи стала неэкранированная витая пара пятой категории.

Gigabit Ethernet является прямым потомком Ethernet и Fast Ethernet, хорошо зарекомендовавших себя за почти двадцатилетнюю историю, сохранив их надежность и перспективность использования. Наряду с предусмотренной обратной совместимостью с предыдущими решениями (кабельная структура остается неизменной) он обеспечивает теоретическую пропускную способность в 1000 Мбит/сек, что приблизительно равно 120 Мб в секунду. Стоит отметить, что такие возможности практически равны скорости 32-битной шины PCI 33 МГц. Именно поэтому гигабитные адаптеры выпускаются как для 32-битной PCI (33 и 66 МГц), так и для 64-битной шины. Наряду с таким увеличением скорости Gigabit Ethernet унаследовал все предыдущие особенности Ethernet, такие как формат кадров, технологию CSMA/CD (чувствительный к передаче множественный доступ с обнаружением коллизий), полный дуплекс и т.д. Хотя высокие скорости внесли и свои нововведения, но именно в наследовании старых стандартов состоит огромное преимущество и популярность Gigabit Ethernet. Конечно, сейчас предложены и другие решения, такие как ATM и Fibre Channel, но здесь сразу теряется главное преимущество для конечного потребителя. Переход на другую технологию ведет за собой массовую переделку и переоборудование сетей предприятия, тогда как Gigabit Ethernet позволит плавно наращивать скорость и не изменять кабельное хозяйство. Такой подход и позволил Ethernet-технологии занять доминирующее место в области сетевых технологий и завоевать более 80 процентов мирового рынка передачи информации.

Структура построения сети Ethernet с плавным переходам на более высокие скорости передачи данных.

Изначально все стандарты Ethernet разрабатывались с использованием в качестве среды передачи только оптического кабеля - так и Gigabit Ethernet получил интерфейс 1000BASE-X. Он основывается на стандарте физического уровня Fibre Channel (это технология взаимодействия рабочих станций, устройств хранения данных и периферийных узлов). Так как эта технология уже была одобрена ранее, такое заимствование сильно сократило время на разработку стандарта Gigabit Ethernet. 1000BASE-X

Нас, как и простого обывателя, больше заинтересовал 1000Base-CX в виду его работы на экранированной витой паре (STP «twinax») на короткие расстояния и 1000BASE-T для неэкранированной витой пары категории 5. Главным отличием 1000BASE-T от Fast Ethernet 100BASE-TX стало то, что используются все четыре пары (в 100BASE-TX использовались только две). Каждая пара при этом может передавать данные со скоростью 250 Мбит/сек. Стандарт обеспечивает дуплексную передачу, причем поток по каждой паре обеспечивается в двух направлениях одновременно. В связи с сильными помехами при такой передаче технически реализовать гигабитную передачу по витой паре было намного сложнее, чем в 100BASE-TX, что потребовало разработки специальной скремблированной помехоустойчивой передачи, а также интеллектуального узла распознавания и восстановления сигнала на приеме. В качестве метода кодирования в стандарте 1000BASE-T было использовано 5-уровневое импульсно-амплитудное кодирование PAM-5.

Критерии по выбору кабеля тоже стали более жесткими. Для уменьшения наводок, однонаправленной передачи, возвратных потерь, задержек и фазового сдвига, была принята к использованию категория 5e для неэкранированной витой пары.

Обжим кабеля для 1000BASE-T производится по одной из следующих схем:

Прямой (straight-through) кабель.

Перекрестный (crossover) кабель.

Схемы обжима кабеля для 1000BASE-T

Нововведения коснулись и уровня MAC-стандарта 1000BASE-T. В Ethernet-сетях максимальное расстояние между станциями (коллизионный домен) определяется исходя из минимального размера кадра (в стандарте Ethernet IEEE 802.3 он равнялся 64 байтам). Максимальная длина сегмента должна быть такой, чтобы передающая станция могла обнаружить коллизию до окончания передачи кадра (сигнал должен успеть пройти в другой конец сегмента и вернуться обратно). Соответственно, при увеличении скорости передачи нужно либо увеличивать размер кадра, тем самым увеличивая минимальное время на передачу кадра, либо уменьшать диаметр коллизионного домена.

При переходе к Fast Ethernet воспользовались вторым вариантом и сократили диаметр сегмента. В Gigabit Ethernet это было неприемлемо. Ведь в этом случае стандарт, наследовавший такие составляющие Fast Ethernet, как минимальный размер кадра, CSMA/CD и время обнаружения коллизии (time slot), сможет работать в коллизионных доменах диаметром не более 20 метров. Поэтому было предложено увеличить время на передачу минимального кадра. Учитывая, что для совместимости с предыдущими Ethernet минимальный размер кадра был оставлен прежним - 64 байта, а к кадру добавилось дополнительное поле carrier extension (расширение носителя), которое дополняет кадр до 512 байт, но поле не добавляется в случае, когда размер кадра больше 512 байт. Таким образом, результирующий минимальный размер кадра получился равным 512 байтам, время на обнаружение коллизии возросло, и диаметр сегмента увеличился до тех же 200 метров (в случае 1000BASE-T). Символы в поле carrier extension не несут смысловой нагрузки, контрольная сумма для них не вычисляется. При приеме кадра это поле отбрасывается еще на уровне MAC, поэтому вышележащие уровни продолжают работать с минимальными кадрами длиной 64 байта.

Но и тут возникли подводные камни. Хоть расширение носителя и позволило сохранить совместимость с предыдущими стандартами, оно привело к неоправданной трате полосы пропускания. Потери могут достигать 448 байт (512-64) на кадр в случае коротких кадров. Поэтому стандарт 1000BASE-T был модернизирован - ввели понятие Packet Bursting (пакетная перегруженность). Она позволяет намного эффектней использовать поле расширения. А работает это следующим образом: если у адаптера или коммутатора есть несколько небольших кадров, требующих отправки, то первый из них отправляется стандартным образом, с добавлением поля расширения до 512 байт. А все последующие отправляются в оригинальном виде (без поля расширения), с минимальным интервалом между ними в 96 бит. И, что самое главное, этот межкадровый интервал заполняется символами расширения носителя. Это происходит до тех пор, пока суммарный размер отправляемых кадров не достигнет предела 1518 байт. Таким образом, среда не замолкает на всем протяжении передачи малых кадров, поэтому коллизия может возникнуть только на первом этапе, при передаче первого правильного малого кадра с полем расширения носителя (размером 512 байт). Этот механизм позволяет существенно повысить производительность сети, особенно при больших нагрузках, за счет уменьшения вероятности возникновения коллизий.

Но и этого оказалось мало. Сначала Gigabit Ethernet поддерживал только стандартные размеры кадров Ethernet - от минимального 64 (дополняемых до 512) до максимального 1518 байт. Из них 18 байт занимает стандартный служебный заголовок, а для данных остается от 46 до 1500 байт соответственно. Но даже пакет данных размером 1500 байт слишком мал в случае гигабитной сети. Особенно для серверов, передающих большие объемы данных. Давайте немного посчитаем. Для передачи файла размером 1 гигабайт по незагруженной Fast Ethernet сети, сервер обрабатывает 8200 пакетов/сек и затрачивает на это минимум 11 секунд. В этом случае только на обработку прерываний у компьютера мощностью 200 MIPS уйдет около 10 процентов времени. Ведь центральный процессор должен обработать (посчитать контрольную сумму, передать данные в память) каждый пришедший пакет.

Характеристики передачи сетей Ethernet.

В гигабитных сетях ситуация еще печальней - нагрузка на процессор возрастает примерно на порядок из-за сокращения временного интервала между кадрами и соответственно запросами на прерывания к процессору. Из таблицы 1 видно, что даже в наилучших условиях (использование кадров максимального размера) кадры отстоят друг от друга на временной интервал, не превышающий 12 мкс. В случае использования кадров меньшего размера этот временной интервал только уменьшается. Поэтому в гигабитных сетях узким местом, как ни странно, стал именно этап обработки кадров процессором. Поэтому на заре становления Gigabit Ethernet фактические скорости передачи были далеки от теоретического максимума - процессоры просто не справлялись с нагрузкой.

Очевидным выходом из сложившейся ситуации является следующее:

увеличение временного интервала между кадрами;

перекладывание части нагрузки обработки кадров с центрального процессора на сам сетевой адаптер.

В настоящее время реализованы оба метода. В 1999 году было предложено увеличить размер пакета. Такие пакеты получили название гига-кадры (Jumbo Frames), и их размер мог быть от 1518 до 9018 байт (в настоящее время оборудование от некоторых производителей поддерживает и большие размеры гига-кадров). Jumbo Frames позволили уменьшить нагрузку на центральный процессор до 6 раз (пропорционально своему размеру) и, таким образом, значительно повысить производительность. Например, максимальный пакет Jumbo Frame в 9018 байт, кроме 18-байтового заголовка, содержит 9000 байт под данные, что соответствует шести стандартным максимальным кадрам Ethernet. Выигрыш в производительности достигается не из-за избавления от нескольких служебных заголовков (трафик от их передачи не превышает нескольких процентов общей пропускной способности), а за счет уменьшения времени на обработку такого кадра. Точнее, время на обработку кадра осталось прежним, но вместо нескольких небольших кадров, каждый из которых потребовал бы для себя N тактов процессора и одно прерывание, мы обрабатываем только один, больший кадр.

Довольно быстро развивающийся мир скорости обработки информации предоставляет все более быстрые и недорогие решения по использованию специальных аппаратных средств, для снятия части нагрузки по обработке трафика с центрального процессора. Используется и технология буферизации, обеспечивающая прерывание процессора для обработки нескольких кадров сразу. На данное время технология Gigabit Ethernet становится все более доступной для использования в домашних условиях, что напрямую заинтересует простого пользователя. Более быстрый доступ к домашним ресурсам обеспечит качественный просмотр видео большого разрешения, займет меньше времени для перераспределения информации и, наконец, позволит вживую кодировать видеопотоки на сетевые диски.

При подготовке статьи использовались метериалы ресурсов http://www.ixbt.com/ и http://www.wikipedia.org/ .

Статья прочитана 14104 раз(а)

Введение

Сети на основе 10/100 Мбит/с Ethernet будет более чем достаточно для выполнения любых задач в небольших сетях. Но как насчет будущего? Вы подумали о потоках видео, которые будут проходить по сети вашего дома? Справится ли с ними 10/100 Ethernet?

В нашей первой статье, посвященной гигабитному Ethernet, мы вплотную с ним познакомимся и определим, нужен ли он вам. Мы также постараемся узнать, что вам потребуется для создания «готовой к гигабиту» сети и проведем краткий экскурс в гигабитное оборудование для небольших сетей.

Что такое гигабитный Ethernet?

Гигабитный Ethernet также известен как «гигабит по меди» или 1000BaseT . Он представляет собой обычную версию Ethernet, работающую на скоростях до 1.000 мегабит в секунду, то есть в десять раз быстрее 100BaseT.

Основой гигабитного Ethernet является стандарт IEEE 802.3z , который был утвержден в 1998 году. Однако в июне 1999 года к нему вышло дополнение — стандарт гигабитного Ethernet по медной витой паре 1000BaseT . Именно этот стандарт смог вывести гигабитный Ethernet из серверных комнат и магистральных каналов, обеспечив его применение в тех же условиях, что и 10/100 Ethernet.

До появления 1000BaseT для гигабитного Ethernet необходимо было использовать волоконно-оптический или экранированный медный кабели, которые вряд ли можно назвать удобными для прокладки обычных локальных сетей. Данные кабели (1000BaseSX, 1000BaseLX и 1000BaseCX) и сегодня используются в специальных областях применения, поэтому мы не будем их рассматривать.

Группа гигабитного Ethernet 802.3z прекрасно справилась со своей работой — она выпустила универсальный стандарт, в десять раз превышающий скорость 100BaseT. 1000BaseT также является обратно совместимым с 10/100 оборудованием, он использует CAT-5 кабель (или более высокую категорию). Кстати, сегодня типичная сеть построена именно на базе кабеля пятой категории.

Нужен ли он нам?

В первой литературе о гигабитном Ethernet в качестве области применения нового стандарта указывался корпоративный рынок, и чаще всего — связь хранилищ данных. Поскольку гигабитный Ethernet обеспечивать в десять раз больший канал, чем привычный 100BaseT, естественным применением стандарта является соединение участков, требующих высокую пропускную способность. Это связь между серверами, коммутаторами и магистральными узлами. Именно там гигабитный Ethernet необходим, нужен и полезен.

По мере снижения цен на гигабитное оборудование область применения 1000BaseT расширилась до компьютеров «опытных пользователей» и рабочих групп, использующих «требовательные к пропускной способности приложения».

Поскольку потребности в передаче данных у большинства небольших сетей более чем скромные, вряд ли им когда-нибудь понадобится пропускная способность сети 1000BaseT. Давайте рассмотрим некоторые типичные области применения небольших сетей и оценим их потребность в гигабитном Ethernet.

Нужен ли он нам, продолжение

• Передача больших файлов по сети

  Подобное применение характерно, скорее, для малых офисов, особенно в компаниях, занимающихся графическим дизайном, архитектурой или другим бизнесом, связанным с обработкой файлов размером в десятки-сотни мегабайт. Вы легко подсчитаете, что 100-мегабайтный файл будет передан по 100BaseT сети всего за восемь секунд [(100Мбайт x 8бит/байт)/ 100 Мбит/с]. В действительности же многие факторы ухудшают скорость передачи, так что ваш файл будет передаваться несколько дольше. Некоторые из этих факторов связаны с операционной системой, запущенными приложениями, количеством памяти на ваших компьютерах, скоростью процессора и возрастом. (Возраст системы влияет на скорость шин на материнской плате).

  Еще одним важным фактором является скорость сетевого оборудования, и переход на гигабитное оборудование позволяет устранить потенциальное узкое место и ускорить передачу больших объемов файлов. Многие подтвердят, что получение скоростей выше 50 Мбит/с на 100BaseT сети — дело отнюдь не тривиальное. Гигабитный же Ethernet сможет обеспечить пропускную способность выше 100 Мбит/с.

• Сетевые устройства резервирования

  Можно рассматривать этот случай как вариант «больших файлов». Если ваша сеть настроена на резервирование всех компьютеров на один файловый сервер, то гигабитный Ethernet позволит вам ускорить этот процесс. Однако здесь существует и подводный камень — увеличение «трубы» пропускания к серверу может не привести к положительному эффекту, если сервер не будет успевать обрабатывать входящий поток данных (также это касается и носителя резервной информации).

  Для получения выгоды от высокоскоростной сети вам следует оснастить сервер большим объемом памяти и проводить резервирование на быстрый жесткий диск, а не ленту или CDROM. Как видим, к переходу на гигабитный Ethernet следует основательно подготовиться.

• Приложения клиент-сервер

  Эта область применения опять же более характерна для сетей малого бизнеса, чем для домашних сетей. Между клиентом и сервером в подобных приложениях может передаваться большой объем данных. Подход прежний: вам необходимо проанализировать объем передающихся сетевых данных, чтобы узнать, сможет ли приложение «успеть» за увеличением пропускной способности сети и достаточно ли этих данных для нагрузки гигабитного Ethernet.

По правде говоря, мы считаем, что вряд ли большинство «строителей» домашних сетей найдут достаточно оснований для покупки гигабитного оборудования. В сетях малого бизнеса переход на гигабит может помочь, но мы рекомендуем сначала провести анализ количества передаваемых данных. С современным состоянием все понятно. Но что делать, если вы желаете учесть возможность будущей модернизации. Что вам нужно сделать сегодня, чтобы быть к ней готовым? В следующей части нашей статьи мы рассмотрим изменения, которые необходимо осуществить с самой дорогой, чаще всего и самой трудоемкой, части сети — кабелем .

Кабель для гигабитного Ethernet

Как мы уже упоминали во введении, одним из ключевых требований стандарта 1000BaseT является использования кабеля категории 5 (CAT 5) или выше. То есть гигабитный Ethernet может работать на существующей кабельной структуре 5 категории . Согласитесь, подобная возможность очень удобна. Как правило, все современные сети используют кабель пятой категории, если только ваша сеть не была установлена в 1996 году или раньше (стандарт был утвержден в 1995 году). Однако здесь существует несколько подводных камней.

• Требуется четыре пары

  Как видно из этой статьи , 1000BaseT использует все четыре пары кабеля категории 5 (или выше) для создания четырех 250 Мбит/с каналов. (Также применяется и другая схема кодирования — пятиуровневая амплитудно-импульсная модуляция — чтобы оставаться в пределах частотного диапазона 100 МГц CAT5). В результате мы можем использовать для гигабитного Ethernet существующую кабельную структуру CAT 5.

  Поскольку 10/100BaseT использует только две пары CAT 5 из четырех, некоторые люди не подключали лишние пары при прокладке своих сетей. Пары использовались, к примеру, для телефона или для питания по Ethernet (POE). К счастью гигабитные сетевые карты и коммутаторы обладают достаточным интеллектом, чтобы откатиться на стандарт 100BaseT если все четыре пары будут недоступны. Поэтому ваша сеть в любом случае будет работать с гигабитными коммутаторами и сетевыми картами, но высокой скорости за уплаченные деньги вы не получите.

• Не используйте дешевые разъемы

  Еще одна проблема самодеятельных сетевиков — плохая обжимка и дешевые настенные розетки. Они приводят к несоответствиям импеданса, в результате чего возникают обратные потери, а вследствие них и уменьшение пропускной способности. Конечно, вы можете попробовать поискать причину «в лоб», но все же вам лучше обзавестись сетевым тестером, который сможет обнаружить обратные потери и перекрестные помехи. Или просто смириться с низкой скоростью.

• Ограничения по длине и топологии

  1000BaseT ограничен той же максимальной длиной сегмента, что и 10/100BaseT. Таким образом, максимальный диаметр сети составляет 200 метров (от одного компьютера до другого через один коммутатор). Что касается топологии 1000BaseT, то здесь работают те же правила, что и для 100BaseT, за исключением допустимости лишь одного повторителя на сегмент сети (или, если быть более точным, на один «полудуплексный домен коллизий»). Но поскольку гигабитный Ethernet не поддерживает полудуплексную передачу, вы можете забыть о последнем требовании. В общем если ваша сеть прекрасно себя чувствовала под 100BaseT, у вас не должно возникнуть проблем при переходе к гигабиту.

Кабель для гигабитного Ethernet, продолжение

Для прокладки новых сетей лучше всего использовать кабель CAT 5e . И хотя CAT 5 и CAT 5e оба пропускают частоту 100 МГц , кабель CAT5e производится с учетом дополнительных параметров, важных для лучшей передачи высокочастотных сигналов.

Просмотрите следующие документы Belden, чтобы подробнее узнать о спецификациях CAT 5e кабеля (на английском):

И хотя современный CAT 5 кабель будет прекрасно работать с 1000BaseT, вам лучше все же выбрать CAT 5e, если вы хотите гарантировать высокую пропускную способность. Если же вы колеблетесь, прикиньте стоимость кабеля CAT 5 и CAT 5e и действуйте по своим средствам.

Единственное, чего вам следует избегать — рекомендаций по покупке CAT 6 кабеля для гигабитного Ethernet. CAT 6 был добавлен в стандарт TIA-568 в июне 2002 года и он пропускает частоты до 200 МГц . Продавцы наверняка будут уговаривать вас купить именно более дорогую шестую категорию, но она вам понадобится, только если вы планируете построить сеть 10 Гбит/с Ethernet по медной проводке, что на данный момент вряд ли реально. А что насчет кабеля CAT 7? Забудьте про него!

Если же вы располагаете хорошей суммой, то лучше ее потратить на специалиста-сетевика , который обладает достаточным опытом прокладки гигабитных сетей . Специалист сможет грамотно проложить кабели или проверить вашу существующую сеть на работу с гигабитным Ethernet. При установке кабеля CAT 6 мы крайне рекомендуем обратиться за помощью к профессионалам, поскольку этот кабель оговаривает радиус сгиба и специальные качественные разъемы.

Гигабитное оборудование

В некотором роде вопрос «гигабит или нет» мог быть предметом спора год или пару лет назад. Если смотреть с точки зрения покупателя SOHO, переход от 10 к 10/100 Мбит/с уже случился. Новые компьютеры оснащаются 10/100 Ethernet портами, маршрутизаторы уже используют встроенные 10/100 коммутаторы, а не 10BaseT концентраторы. Однако подобная перемена не является следствием требований и пожеланий домашних «сетевиков». Они довольствуются существующим оборудованием.

За эти изменения нам следует благодарить корпоративных пользователей, которые покупают сегодня в массовых количествах только 10/100 оборудование, что позволяет опустить на него цены. Как только производители потребительского оборудования обнаружили, что использовать 10BaseT чипы по сравнению с 10/100 вариантам дороже , они долго не раздумывали.

Таким образом, вчерашняя архитектура на базе 10BaseT концентраторов незаметно перешла в современные 10/100 коммутируемые сети. Точно такой же переход мы испытаем и с 10/100 на 10/100/1000 Мбит/с. И хотя до переломного момента осталось еще год или два, переход уже начался и цены неуклонно продолжают свое падение вниз.

Все что вам нужно — купить гигабитную сетевую карту и гигабитный коммутатор. Давайте рассмотрим их чуть подробнее.

• Сетевые карты

  Фирменные 32-битные PCI 10/100/1000BaseT сетевые карты типа Intel PRO1000 MT, Netgear GA302T и SMC SMC9552TX стоят в Интернете от $40 до $70. Продукты производителей второго эшелона дешевле примерно на $5. И хотя гигабитные сетевые карты приблизительно в два с половиной раза дороже средних 10/100 карт, вряд ли ваш кошелек вообще заметит какую-либо разницу, если только вы не закупаете их оптовыми партиями.

  Вы можете найти сетевые карты, поддерживающие не только 32-битную шину PCI, но и 64-битную, однако и стоят они дороже. Чего вы не увидите, так это CardBus адаптеров для ваших ноутбуков. По каким то причинам производители считают, что ноутбукам гигабитные сети вообще не нужны.

• Коммутаторы

  А вот цена 10/100/1000 коммутаторов заставляет десять раз подумать о целесообразности перехода на гигабитный Ethernet. Хорошая новость: сегодня уже появились прозрачные гигабитные коммутаторы, которые стоят гораздо дешевле своих управляемых собратьев для корпоративного рынка.

  Простой четырехпортовый 10/100/1000 коммутатор Netgear GS104 можно купить меньше чем за $225. Если вы остановите свой выбор на менее известных фирмах типа TRENDnet TEG-S40TXE, то уменьшите стоимость до $150. Мало четырех портов — пожалуйста. Восьмипортовая версия Netgear GS108 обойдется вам примерно в $450, а TRENDnet TEG-S80TXD — около $280.

  Учитывая, что пятипортовый 10/100 коммутатор сегодня стоит всего $20, цены на гигабит кому-то покажутся слишком высокими. Но вспомните: еще совсем недавно вы могли купить только управляемые гигабитные коммутаторы стоимостью $100+ за порт. Цены идут в правильном направлении!

Придется ли менять компьютеры?

Откроем небольшой секрет гигабитного Ethernet: под Win98 или 98SE вы, скорее всего, не получите никакого преимущества от гигабитной скорости. И хотя с помощью редактирования реестра можно попытаться улучшить пропускную способность, вы все равно не получите существенного прироста производительности по сравнению с текущим 10/100 оборудованием.

Проблема кроется в TCP/IP стеке Win98, который не был разработан с учетом высокоскоростных сетей. У стека возникают проблемы даже с использованием 100BaseT сети, чего уж тогда говорить о гигабитной связи! Мы еще вернемся к этому вопросу во второй статье, но пока что вам следует рассматривать только Win2000 и WinXP для работы с гигабитным Ethernet.

Последним предложением мы отнюдь не подразумеваем, что только Windows 2000 и XP поддерживают гигабитные сетевые карты. Мы просто не проверяли производительность под другими операционными системами, так что воздержитесь, пожалуйста, от язвительных замечаний!

Если вы интересуетесь, придется ли вам выбрасывать старый добрый компьютер и покупать новый для использования гигабитного Ethernet, то наш ответ — «возможно». Судя по нашем практическому опыту, один герц «современных» процессоров равняется одному биту в секунду пропускной способности сети . Один из производителей гигабитного сетевого оборудования согласился с нами: любая машина с тактовой частотой 700 МГц или ниже не сможет в полной мере использовать пропускную способность гигабитного Ethernet. Так что даже с правильной операционной системой старым компьютерам гигабитный Ethernet — все равно, что мертвому припарки. Вы скорее увидите скорости 100-500 Мбит/с

Витая пара: десять гигабит под прицелом

За десять лет существования в реализациях Ethernet на витой паре удалось обеспечить стократное увеличение производительности. Казалось бы, витая пара уже не располагает возможностями для роста, но сегодня ведутся работы по стандартизации решений, которые позволят покорить десятигигабитный рубеж.

Не надо быть истинным знатоком автоспорта, чтобы понять, что максимум скорости от гоночного болида можно получить только на специальной трассе. В принципе, подобные автомобили могут ездить и по обычным дорогам. К тому же один из них совсем недавно покорил вершину Ай-Петри. Но выходить на штатные режимы, а уж тем более демонстрировать все свои способности в гонке современные болиды могут на специально подготовленной трассе, и то если на ней нет мусора, деталей конструкции поврежденных машин или пролитого масла. Причем такая трасса может проходитьпо городу.

В какой-то степени задачу, подобную организации трассы "Формулы-1" в городской черте, решает сейчас рабочая группа IEEE 802.3an, занимающаяся реализацией чемпионского в секторе локальных сетей приложения, десятигигабитного Ethernet, на столь привычных всем медных линиях. Вопрос только в том, какими должны быть эти линии и каковы особенности десятигигабитной передачи по ним.

Время разбрасывать камни

Работы над стандартом 10 Gigabit Ethernet на витой паре ведутся с ноября 2002 года. Тогда комитетом IEEE 802.3 была сформирована исследовательская группа, задача которой состояла в определении возможностей для передачи десятигигабитного трафика с использованием технологии Ethernet по витой паре с длиной линии до ста метров. Это приложение получило обозначение 10GBaseT – широкополосная передача данных со скоростью 10 Гбит/с по витой паре (T – twisted pair).

Потребность в подобном решении изначально мотивировалась высокой стоимостью оптических вариантов 10 Gigabit Ethernet. Такой исходный посыл является далеко не бесспорным, ведь для достижения столь высокой скорости передачи по витой паре требуются изощренные алгоритмы обработки сигнала, которые должны быть куда более сложными, чем у гигабитного предшественника. Впрочем, подобный момент прекрасно отображает предкризисную ситуацию в телекоммуникациях, когда всем предлагалось взять как можно больше пропускной способности, ведь неизвестно, какой производительности информационных систем потребует день грядущий.

Этот день настал, и большинство подобных призывов, за которыми фактически ничего не стояло, оказалось мыльными пузырями.

В последнее время в некоторых публикациях (десятигигабитная реализация Ethernet на витой паре пользуется широкой популярностью в средствах масс-медиа, в чем легко можно убедиться, если задать на поисковом сервере запрос 10GBaseT) откровенно пропагандируется кабельное оборудование улучшенной шестой и седьмой категории. Мол, медь дорожает, и нужно поспешить с инвестициями в кабельную систему на уровне самых современных требований. Возможно, это вынудило рабочую группу определить для себя, что основным ориентиром в исследованиях является поддержка уже установленных кабельных систем, то есть что она придерживается нынешних тенденций, касающихся продвижения телекоммуникационного оборудования.

Итак, суммарное количество установленных портов неэкранированных кабельных систем превышает 800 млн., довольно значительную долю которых уже составляют решения класса E. В этом случае, даже если число проектов, использующих 10GBaseT, после принятия стандарта будет соответствовать уровню реализации Gigabit Ethernet по меди, можно получить приличные объемы поставок оборудования. Еще одной сферой применения является реализация кластерных подключений в центрах данных. Причем в презентации IEEE 802 10GBaseT Tutorial, представленной в ноябре 2003 года на встрече IEEE в Альбукерке, данное применение приводится под номером один. Благодаря использованию десятигигабитного Ethernet на меди предполагается повышение плотности размещения компьютерного оборудования (поскольку нет необходимости устанавливать медиа-конверторы), достижение наибольшей эффективности в агрегировании трафика, которая, в частности, будет выше, чем в случае 1000BaseT. В качестве дополнительного преимущества для такого применения был представлен тот факт, что многие центры данных находятся в стадии планирования или начальной стадии развертывания. Следовательно, для них не должно возникать проблем в плане соответствия используемых технологий существующим кабельным решениям.

Технически предпосылки

Помимо рыночных возможностей и позиционирования приложения 10GBASE T по передаче данных, исследовательская группа определила основные технические ориентиры, которым должна соответствовать разработка новой спецификации Ethernet. Прежде всего, это преемственность решений нафизическом уровне, включая поддержку формата кадра Ethernet и сохранение величин минимальной и максимальной длины кадра согласно требованиям действующих стандартов группы 802.3, а также автоматический выбор (автосогласование) портом сетевого устройства скорости передачи из ряда от 10 Мбит/с до 10 Гбит/с, в зависимости от того, какая разновидность сетевой технологии используется там, где регистрируется данный порт.

Кроме того, функционирование 10 Gigabit Ethernet на витой паре должно осуществляться только в полнодуплексном режиме.
Основой для построения физического уровня определены электрические кабельные решения, соответствующие требованиям последних редакций стандартов ISO/IEC и TIA. Это системы на базе четырехпарного кабеля с волновым сопротивлением 100 Ом, в которых используется принцип "иерархической звезды" и модель построения горизонтальных кабельных трактов с четырьмя коннекторами (коммутационная панель для подключения активного оборудования, коммутационная панель горизонтальной подсистемы, точка консолидации в линии и телекоммуникационная розетка на рабочем месте).

Единственное "но", причем весьма существенное с точки зрения стандартов, – это сокращение длины кабельных трактов. Так, одной из задач исследовательской группы IEEE 802. 3an была оценка возможности передачи десятигигабитного трафика по кабельным трактам на меди длиной до 100 м в случае использования компонентов седьмой категории или 55–100 м для компонентов шестой категории. Возможное сокращение длины до 55 м мотивируется тем, что при стандартной длине канала класса E не может гарантироваться передача с требуемой скоростью, поскольку рабочие частоты превышают граничную частоту для данного кабельного оборудования. Выбор длины был сделан на основании оценок количества кабельных трактов разной длины. Согласно данным IEEE, до 70%кабельных трактов не превышают 55 м.

В этом году в IEEE принято окончательное решение о стандартизации 10 Gigabit Ethernet, к которой приступила рабочая группа IEEE 802.3an. Первая черновая редакция стандарта должна появиться в конце текущего года, а его окончательное утверждение запланировано на июль 2006 года. Причем существенным моментом, характеризующим разработку стандарта, должно стать сотрудничество рабочей группы с ISO/IEC JTC 1/SC 25 и TIA на предмет уточнения длины и других характеристик кабельных трактов, а также разработки спецификаций для улучшенного кабельного оборудования класса E.

Оглядываясь назад

Для того чтобы лучше уяснить технические особенности реализации 10 Gigabit Ethernet на витой паре, необходимо сделать небольшой экскурс в историю развития этой сетевой технологии, начиная с 10BaseT.

Рассчитанная на работу по двум парам третьей категории технология 10BaseT отличалась простотой и неприхотливостью. Это позволило ей стать лидером среди технологий, применяющихся в секторе локальных сетей. Причем данная технология продолжает широко использоваться и поныне как довольно эффективное средство для подключений сетевых устройств на рабочих местах. Первые подвижки в направлении стомегабитных решений касались категории 3:это была использующая все четыре пары технология 100BaseT4. Следующий прорыв в завоевании рынка сделала двухпарная технология 100BaseTX, рассчитанная на работу с кабельным оборудованием пятой категории. Она также оказалась более чем успешной, и на сегодняшний день сетевые интерфейсные карты на 10/100 Мбит/с являются стандартным выбором в комплектации тех же офисных компьютеров.

Гигабитный Ethernet на витой паре изначально позиционировался как технология для использования инсталлированной базы категории 5. Но вместо этого пришлось осуществить радикальную ревизию кабельных стандартов и ввести контроль дополнительных параметров. Поэтому произошло отклонение от сроков окончательной стандартизации, длившееся немногим более года. Это время потребовалось на уточнение особенностей обработки сигнала, а также разработки спецификаций для параметров эквивалентного переходного затухания на дальнем конце и величины возвратных потерь.

Результатом развития предыдущих реализаций Ethernet на витой паре стало увеличение пропускной способности в сто раз (с 10 Мбит/с до 1 Гбит/с), и произошло это в течение десяти лет. Таким образом, наращивание скорости передачи в разных реализациях технологии Ethernet согласуется с одной из формулировок закона Мура. В соответствии с этой формулировкой производительность систем удваивается каждые восемнадцать месяцев.

Если же принять во внимание работу кабельных систем, то оказалось, что для реализации такого роста производительности приложений вполне достаточно семикратного расширения частотного диапазона, используемого реализациями на витой паре (с 16 МГц до 125 МГц). Достичь этого удалось благодаря применению специальной обработки сигнала, а также одновременной передаче по всем парам и сложным системам кодирования.

Техника передачи по меди

Итак, подходы к организации передачи меняются с течением времени. В ранних реализациях Ethernet на витой паре достаточно было контролировать величину вносимого затухания на кабельном тракте, а также уровень переходного затухания на ближнем конце (Near End Crosstalk, NEXT).

Соотношение этих величин фактически являлось соотношением "сигнал-шум". Данный параметр получил название "соотношение затухания и перекрестных помех на ближнем конце" (Attenuation To Crosstalk Ratio, ACR). Оно определяется как разность величин затухания и перекрестных помех на ближнем конце, выраженных в дБ, то есть измеренных по логарифмической шкале.

В ходе разработки стандарта для гигабитного Ethernet на меди эти характеристики кабельного оборудования дополнились показателями переходного затухания на дальнем конце, а также оценкой суммарного влияния на каждую из пар, оказываемого остальными тремя парами. Ведь необходимо было организовать одновременную передачу по каждой из пар, которая к тому же ведется в обоих направлениях. Также рассматривались механизмы эхокомпенсации, благодаря которым обеспечивается качественная передача гигабитного трафика по кабельному оборудованию класса D. Как уже отмечалось, сигнал от передатчика и сигнал, движущийся к приемнику, присутствуют в тракте одновременно. Естественно, что часть передаваемого сигнала поступает на приемники на ближнем конце в виде отражений. Поскольку приемник постоянно отслеживает последовательности, передаваемые передатчиком на ближнем конце, он попросту вычитает их из принятого сигнала. Этот подход получил название "фильтрации на основе выбора из конечной совокупности принимаемого сигнала" (Finite Impulse Response, FIR).

Еще один неприятный момент заключается в перекрытии импульсов друг другом из за неравномерности распространения сигнала в разных парах. Как следствие, искажается форма последовательности, в результате чего приемник будет фиксировать импульс в той части последовательности, где его не должно быть. Для решения этой проблемы используются высокопроизводительные эквалайзеры, способные довольно точно восстанавливать изначальную форму сигнала.

На десяти гигабитах

Новый стандарт предполагает применение тех же механизмов кодирования, что и Gigabit Ethernet. При этом должна обеспечиваться величина ошибки передачи бита около 10–12, что декларировалось в начале работы исследовательской группы. В частности, разработчики стандарта 10GBaseT предложили использовать десятиуровневое кодирование PAM, в котором восемь уровней используются для передачи сигнала, а два – обеспечивают коррекцию ошибок.

Основу функционирования оборудования в 10GBASE T составляет та же полнодуплексная передача по всем четырем парам. Соответственно, десятигигабитный поток расщепляется на четыре потока по 2, 5 Гбит/с. Для передачи одного символа используются три бита. В итоге получается скорость передачи 833, 33 Мбод/с.

Негативные воздействия на сигнал – в основном те же, что и для Gigabit Ethernet:затухание в тракте, межпарные наводки на ближнем и дальнем конце, отражения и вариации задержек в силу разной скорости распространения в парах. Помимо упомянутых приемов, выдвигается обязательное требование компенсации межпарных наводок на дальнем конце на уровне 20 дБ. Такая компенсация реализуется и в некоторых гигабитных трансиверах, но для 1000BaseT она не является обязательной.

Кабельные решения

Приложение передачи данных 10GBASE T представляет собой сетевую технологию, физический уровень которой строится на основе кабельных трактов на витой паре. Эти тракты могут быть следующими:

• 55 метровый канал класса E в соответствии с ISO/IEC 11801 2002 или канал шестой категории по стандарту ТIA на неэкранированной витой паре;
• 55–100 метровый канал класса E на экранированной витой паре;
• 100 метровый канал улучшенного класса E или канал расширенной шестой категории на неэкранированной витой паре;
• 100 метровый канал класса F (экранированный кабель с индивидуальным экраном для каждой пары).

Вопрос о стандартизации укороченных трактов и другие моменты, связанные с реализацией 10GBaseT по уже установленной в соответствии с текущими требованиями проводке, пока еще подлежат обсуждению. В качестве одного из вариантов предлагается снижение рабочей частоты потока до такого уровня, чтобы она оказалась в пределах граничной частоты для кабельных решений класса E.

Существует множество вариантов предложений по реализации кабеля и соединительного оборудования расширенной шестой категории.

Производители поднимают граничную частоту кабельных решений и реализуют разные технические уловки, чтобы их продукция поддерживала 10GBaseT. Причем нельзя сказать, что в этом направлении необходим какой-то прорыв. Достаточно вспомнить категорию 5+середины девяностых: это вовсе не категория 5Е, а скорее, прототип шестой категории (к тому же окончательные спецификации последних разрабатывались для меньших граничных частот).

Остается только стандартизировать наиболее эффективные предложения производителей. Причем снова актуализируется вопрос о модульном интерфейсе, который смог бы нормально функционировать в более жестких условиях.

Зеленый свет "семерке"

Седьмая категория является единственной на данный момент стандартизированной средой передачи, которая без каких либо оговорок способна обеспечивать поддержку 10GBaseT в трактах длиной до 100 м. Кроме того, в случае использования седьмой категории существенно меняется картина влияния шумов, поскольку основным для данного типа оборудования является тепловой шум.

Достигается это благодаря особенностям конструкции кабеля и модульных разъемов. Пары составляются из жил диметром не менее 0,58 мм. Каждая пара заключается в индивидуальный экран из фольги. Экранирование каждой пары на 360° обеспечивается и в модульном разъеме. Соответственно, для такого кабельного оборудования являются менее ощутимыми наводки, в том числе и межкабельные.

Вполне возможно, что интенсивное обсуждение проблематики десятигигабитного Ethernet на меди в значительной мере инициируется производителями кабеля и коммутационного оборудования седьмой категории. И это понятно: появляется приложение, которое открывает вполне определенные перспективы именно для этой продукции, ведь до сих пор в сознании пользователей и инсталляторов она находилась где-то на периферии. Все знают о наличии подобных систем, но мало кто решается на их установку (доля класса F среди инсталлированных решений оценивается на уровне 0,4%), поскольку кабельное оборудование седьмой категории отличалось только по стоимости, не давая при этом ощутимых преимуществ в реализации приложений.

Наконец, через почти десять лет после появления этой категории у маркетологов и технических специалистов появится возможность оправдать средства, потраченные на ее продвижение и стандартизацию.

Говоря о перспективе 10GBaseT, необходимо отметить, что в техническом плане любая задача является интересной, и наработки, полученные в ходе ее решения, в случае неблагоприятной рыночной "судьбы" могут использоваться в других направлениях, например, в системах доступа. Если
же данная технология будет пользоваться ощутимым спросом, то это может повлечь за собой постановку новых технических задач, таких как уточнение стандартов на кабельные системы.

Межплатформенные наводки и способы их ограничения

Кабели, как правило, собираются в пучки, которые расходятся от коммутационных пунктов. При отсутствии экрана происходит взаимное влияние пар из разных кабелей, расположенных вблизи друг от друга. Эти межкабельные наводки получили название Alien Crosstalk, что означает "переходные помехи от других кабелей" (буквально "перекрестные наводкиот других кабелей").

Проблема усугубляется тем, что в основном производители выдерживают шаг свивки пар неизменным.

В случае межпарных наводок добиться максимального уровня переходного затухания удается за счет различия шага свивки в каждой паре. Подобный прием можно использовать для того, чтобы существенно снизить межкабельные наводки. Он состоит в варьировании шага свивки отдельной пары. Кроме того, могут варьироваться толщина оболочки кабеля и взаимное размещение пар в кабеле.

Таким образом предполагается решать данную проблему для вновь произведенных кабелей. Пока остается открытым вопрос о том, что можно сделать для уже установленной кабельной проводки.

История появления и стандартизации кабельного оборудования седьмой категории заслуживает особого внимания.

Уже с момента стандартизации пятой категории в 1995 году встал вопрос о разработке спецификаций для более производительных кабелей и соединительного оборудования. Официальное признание подобных кабельных систем произошло на 26 м совещании рабочей группы ISO/IEC JTC1 SC25 WG3, проходившем с 15 по 17 сентября 1997 года. Там были определены два новых на тот момент класса кабельных решений и соответствующие категории для компонентов: шестая категория и, следовательно, класс E с граничной частотой 200 МГц, а также седьмая категория и класс F с граничной частотой 600 МГц. Спецификации последней разрабатывались на основе немецкого национального стандарта DIN 44312 X.

Проблема модульного разъема седьмой категории оказалась весьма серьезной. Рассматривались восемь разработок разных компаний, представляющие принципиально новые конструктивные решения.

Ответственный за модульные интерфейсы комитет IEC SC 48B принял стандарты разъемов седьмой категории IEC 60603 7 7 и IEC 61076 3 104 только для двух предложений, выдвинутых соответственно компаниями Alcatel (сейчас продвижением этих разъемов занимается компания Nexans, а до середины 2000 года – подразделение Alcatel Cable and Components) и Siemon.

Особенностью разъема Nexans является обратная совместимость с RJ 45. Вилки этого разъема (GP 45) оснащены механизмом переключения типов коммутации под гнездо Nexans GG 45 (седьмая категория, задействуются 4 пары контактов по углам, разделенные экранами)или же под RJ 45.

Разъемы IEC 61076 3 104, то есть Siemon Tera, создавались как уникальное конструктивное решение, не предполагающее поддержку RJ 45. Контактные группы в этих разъемах размещаются по двухрядной схеме с разделением пар экраном. Вилки разъема Tera выпускаются в четырех, двух и однопарном исполнении, что позволяет организовывать в кабеленезависимую работу до четырех приложений.