Gigabit Ethernet мережевий адаптер PCI Express. Gigabit Ethernet мережевий адаптер PCI Express Що таке гигабитная мережу

Сучасний світ все більше входить в залежність від обсягів і потоків інформації, що йде в різних напрямках по проводам і без них. Все почалося досить давно і з більш примітивних засобів, ніж сьогоднішні досягнення цифрового світу. Але описувати всі види і способи, за допомогою яких одна людина доносив потрібні відомості до свідомості іншого, ми не маємо наміру. У даній статті хочеться запропонувати читачеві розповідь про не так давно створеному і успішно розвивається зараз стандарті передачі цифрової інформації, який називається Ethernet.

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

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

Спочатку по запропонованим стандартам (Ethernet v1.0 і Ethernet v2.0) збиралися використовувати в якості середовища коаксіальний кабель, але в подальшому довелося відмовитися від цієї технології і перейти на використання оптичних кабелів і кручений пари.

Основною перевагою на початку розвитку технології Ethernet став метод управління доступом. Він має на увазі множинні з'єднання з контролем несучої і виявлення колізій (CSMA / CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), швидкість передачі даних при цьому дорівнює 10 Мбіт / с, розмір пакету від 72 до 1526 байт, в ньому ж описані методи кодування даних . Граничне значення робочих станцій в одному сегменті мережі обмежено числом 1024, але можливі й інші менші значення при встановленні більш жорстких обмежень до сегменту тонкого коаксиала. Але така побудова дуже скоро стало неефективним і на зміну йому в 1995 році прийшов стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet зі швидкістю 100 Мбіт / с, а пізніше був прийнятий стандарт IEEE 802.3z Gigabit Ethernet зі швидкістю 1000 Мбіт / с. на наразі вже в повній мірі використовується 10 Gigabit Ethernet IEEE 802.3ae, що володіє швидкістю в 10 000 Мбіт / с. Крім того, вже маємо розробки спрямовані на досягнення швидкості в 100 000 Мбіт / с 100 Gigabit Ethernet, але про все по порядку.

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

Variant I первісток і вже вийшов з застосування.

Ethernet Version 2 або Ethernet-кадр II, ще званий DIX (абревіатура перших літер фірм-розробників DEC, Intel, Xerox) - найбільш поширена і використовується донині. Часто використовується безпосередньо протоколом інтернет.

Novell - внутрішня модифікація IEEE 802.3 без LLC (Logical Link Control).

Кадр IEEE 802.2 LLC.

Кадр IEEE 802.2 LLC / SNAP.

Як доповнення, Ethernet-кадр може містити тег IEEE 802.1Q, для ідентифікації VLAN, до якої він адресований, і IEEE 802.1p для вказівки пріоритетності.

Деякі мережеві карти Ethernet, вироблені компанією Hewlett-Packard використовували при роботі кадр формату IEEE 802.12, відповідний стандарту 100VG-AnyLAN.

Для різних типів кадру мають і різні формати і значення MTU.

Функціональні елементи технологіїGigabit Ethernet

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

Наведемо хронологію модифікацій Ethernet, Розділивши їх за швидкостями передачі.

Перші рішення:

Xerox Ethernet - оригінальна технологія, швидкість 3 Мбіт / с, існувала в двох варіантах Version 1 і Version 2, формат кадру останньої версії до сих пір має широке застосування.

10BROAD36 - широкого поширення не отримав. Один з перших стандартів, що дозволяє працювати на великих відстанях. Використовував технологію широкосмугового модуляції, схожої на ту, що використовується в кабельних модемах. Як середовище передачі даних використовувався коаксіальний кабель.

1BASE5 - також відомий, як StarLAN, став першою модифікацією Ethernet-технології, що використовує виту пару. Працював на швидкості 1 Мбіт / с, але не знайшов комерційного застосування.

Більш поширені і оптимізовані для свого часу модифікації 10 Мбіт / с Ethernet:

10BASE5, IEEE 802.3 (званий також «Товстий Ethernet») - первісна розробка технології зі швидкістю передачі даних 10 Мбіт / с. IEEE використовує коаксіальний кабель, з хвильовим опором 50 Ом (RG-8), з максимальною довжиною сегмента 500 метрів.

10BASE2, IEEE 802.3a (званий «Тонкий Ethernet») - використовується кабель RG-58, з максимальною довжиною сегмента 200 метрів. Для приєднання комп'ютерів один до одного і підключення кабелю до мережевої карти потрібен T-коннектор, а на кабелі має бути BNC-коннектор. Потрібна наявність термінаторів на кожному кінці. Багато років цей стандарт був основним для технології Ethernet.

StarLAN 10 - Перша розробка, що використовує виту пару для передачі даних на швидкості 10 Мбіт / с. Надалі, еволюціонував в стандарт 10BASE-T.

10BASE-T, IEEE 802.3i - для передачі даних використовується 4 дроти кабелю кручений пари (дві скручені пари) категорії 3 або категорії 5. Максимальна довжина сегмента 100 метрів.

FOIRL - (акронім від англ. Fiber-optic inter-repeater link). Базовий стандарт для технології Ethernet, що використовує для передачі даних оптичний кабель. Максимальна відстань передачі даних без повторювача 1 км.

10BASE-F, IEEE 802.3j - Основний термін для позначення сімейства 10 Мбіт / с Eethernet-стандартів, які використовують оптоволоконний кабель на відстані до 2 кілометрів: 10BASE-FL, 10BASE-FB і 10BASE-FP. З перерахованого тільки 10BASE-FL набув широкого поширення.

10BASE-FL (Fiber Link) - Покращена версія стандарту FOIRL. Поліпшення торкнулося збільшення довжини сегмента до 2 км.

10BASE-FB (Fiber Backbone) - Зараз невикористовуваний стандарт, призначався для об'єднання повторювачів в магістраль.

• 10BASE-FP (Fiber Passive) - Топологія «пасивна зірка», в якій не потрібні повторювачі - розроблена, але ніколи не застосовувалася.

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

100BASE-T - Основний термін для позначення одного з трьох стандартів 100 Мбіт / с Ethernet, що використовує як середовище передачі даних виту пару. Довжина сегмента до 100 метрів. Включає в себе 100BASE-TX, 100BASE-T4 і 100BASE-T2.

100BASE-TX, IEEE 802.3u - Розвиток технології 10BASE-T, використовується топологія «зірка», задіяний кабель вита пара категорії 5, в якому фактично використовуються 2 пари провідників, максимальна швидкість передачі даних 100 Мбіт / с.

100BASE-T4 - 100 Мбіт / с Ethernet по кабелю категорії 3. Задіяні всі 4 пари. Зараз практично не використовується. Передача даних йде в напівдуплексному режимі.

100BASE-T2 - Не використовується. 100 Мбіт / с Ethernet через кабель категорії 3. Використовується тільки 2 пари. Підтримується повнодуплексний режим передачі, коли сигнали поширюються в протилежних напрямки по кожній парі. Швидкість передачі в одному напрямку - 50 Мбіт / с.

100BASE-FX - 100 Мбіт / с Ethernet за допомогою оптоволоконного кабелю. Максимальна довжина сегмента 400 метрів в напівдуплексному режимі (для гарантованого виявлення колізій) або 2 кілометри в повнодуплексному режимі по многомодовому оптичного волокна.

100BASE-LX - 100 Мбіт / с Ethernet за допомогою оптоволоконного кабелю. Максимальна довжина сегмента 15 кілометрів в повнодуплексному режимі по парі одномодових оптичних волокон на довжині хвилі 1310 нм.

100BASE-LX WDM - 100 Мбіт / с Ethernet за допомогою оптоволоконного кабелю. Максимальна довжина сегмента 15 кілометрів в повнодуплексному режимі по одному одномодовому оптичному волокну на довжині хвилі 1310 нм і 1550 нм. Інтерфейси бувають двох видів, відрізняються довжиною хвилі передавача і маркуються або цифрами (довжина хвилі) або однією латинською літерою A (1310) або B (1550). У парі можуть працювати тільки парні інтерфейси, з одного боку передавач на 1310 нм, а з іншого на 1550 нм.

Gigabit Ethernet

1000BASE-T, IEEE 802.3ab - Стандарт Ethernet 1 Гбіт / с. Використовується кручена пара категорії 5e або категорії 6. У передачі даних беруть участь всі 4 пари. Швидкість передачі даних - 250 Мбіт / с по одній парі.

1000BASE-TX, - Стандарт Ethernet 1 Гбіт / с, що використовує тільки кручену пару категорії 6. Передавальні і приймаючі пари розділені фізично по дві пари в кожному напрямку, що істотно спрощує конструкцію приймально-передавальних пристроїв. Швидкість передачі даних - 500 Мбіт / с по одній парі. Практично не використовується.

1000Base-X - загальний термін для позначення технології Гигабит Ethernet зі змінними трансиверами GBIC або SFP.

1000BASE-SX, IEEE 802.3z - 1 Гбіт / с Ethernet технологія використовує лазери з припустимою довжиною випромінювання в межах діапазону 770-860 нм, потужність випромінювання передавача в межах від -10 до 0 дБм при відношенні ON / OFF (сигнал / немає сигналу) незгірш від 9 дБ. Чутливість приймача 17 дБм, насичення приймача 0 дБм. Використовуючи багатомодове волокно, дальність проходження сигналу без повторювача до 550 метрів.

1000BASE-LX, IEEE 802.3z - 1 Гбіт / с Ethernet технологія використовує лазери з припустимою довжиною випромінювання в межах діапазону 1270-1355 нм, потужність випромінювання передавача в межах від 13,5 до 3 дБм, при відношенні ON / OFF (є сигнал / немає сигналу) незгірш від 9 дБ. Чутливість приймача 19 дБм, насичення приймача 3 дБм. При використанні багатомодового волокна дальність проходження сигналу без повторювача до 550 метрів. Оптимізована для далеких відстаней, при використанні одномодового волокна (до 40 км).

1000BASE-CX - Технологія Гигабит Ethernet для коротких відстаней (до 25 метрів), використовується спеціальний мідний кабель (Екранована кручена пара (STP)) з хвильовим опором 150 Ом. Замінений стандартом 1000BASE-T, і зараз не використовується.

1000BASE-LH (Long Haul) - 1 Гбіт / с Ethernet технологія, використовує одномодовий оптичний кабель, дальність проходження сигналу без повторювача до 100 кілометрів.

стандарт	Тип кабелю	Смуга пропускання (не гірше), МГц * Км	Макс. відстань, м *
1000BASE-LX (лазерний діод 1300 нм)	Одномодове волокно (9 мкм)
	багатомодове волокно (50 мкм)
	багатомодове волокно (62,5 мкм)
1000BASE-SX (лазерний діод 850 нм)	багатомодове волокно (50 мкм)
	багатомодове волокно (62,5 мкм)
	багатомодове волокно (62,5 мкм)
	Екранована кручена пара STP (150 ОМ)
* Стандарти 1000BASE-SX і 1000BASE-LX припускають наявність дуплексного режиму ** Обладнання деяких виробників може забезпечувати більшу відстань, оптичні сегменти без проміжних ретрансляторів / підсилювачів можуть досягати 100 км.

Технічні характеристики стандартів 1000Base-X

10 Gigabit Ethernet

Ще досить дорогий, але цілком затребуваний, новий стандарт 10 гігабіт Ethernet включає в себе сім стандартів фізичного середовища для LAN, MAN і WAN. В даний час він описується поправкою IEEE 802.3a і повинен увійти в наступну ревізію стандарту IEEE 802.3.

10GBASE-CX4 - Технологія 10 гігабіт Ethernet для коротких відстаней (до 15 метрів), використовується мідний кабель CX4 і коннектори InfiniBand.

10GBASE-SR - Технологія 10 гігабіт Ethernet для коротких відстаней (до 26 або 82 метрів, в залежності від типу кабелю), використовується багатомодове оптоволокно. Він також підтримує відстані до 300 метрів з використанням нового багатомодового оптоволокна (2000 МГц / км).

10GBASE-LX4 - використовує ущільнення по довжині хвилі для підтримки відстаней від 240 до 300 метрів по многомодовому оптоволокну. Також підтримує відстані до 10 кілометрів при використанні одномодового оптоволокна.

10GBASE-LR і 10GBASE-ER - ці стандарти підтримують відстані до 10 і 40 кілометрів відповідно.

10GBASE-SW, 10GBASE-LW і 10GBASE-EW - Ці стандарти використовують фізичний інтерфейс, сумісний за швидкістю і формату даних з інтерфейсом OC-192 / STM-64 SONET / SDH. Вони подібні до стандартів 10GBASE-SR, 10GBASE-LR і 10GBASE-ER відповідно, оскільки використовують ті ж самі типи кабелів і відстані передачі.

10GBASE-T, IEEE 802.3an-2006 - прийнятий в червні 2006 року після 4 років розробки. Використовує екрановані виту пару. Відстані - до 100 метрів.

І нарешті, що ми знаємо про 100-Gigabit Ethernet (100-GE), ще досить сирий, але цілком затребувану технологію.

У квітні 2007 року, після зборів комітету IEEE 802.3 в Оттаві, дослідницькою групою Higher Speed \u200b\u200bStudy Group (HSSG) була прийнята думка про технічні підходи у формуванні оптичних і мідних каналів 100-GE. На даний час остаточно сформована робоча група 802.3ba по розробці специфікації 100-GE.

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

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

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

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

Структура побудови мережі Ethernet з плавним переходам на більш високі швидкості передачі даних.

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

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

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

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

Прямий (straight-through) кабель.

Перехресний (crossover) кабель.

Схеми обтиску кабелю для 1000BASE-T

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

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

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

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

швидкість	10 Мбіт / сек		100 Мбіт / сек		1000 Мбіт / сек
Розмір кадру
Кадри / сек
Швидкість передачі даних, Мбіт / сек
Інтервал між кадрами, мкс

Характеристики передачі мереж Ethernet.

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

Очевидним виходом зі сформованої ситуації є наступне:

збільшення тимчасового інтервалу між кадрами;

перекладання частини навантаження обробки кадрів з центрального процесора на сам мережевий адаптер.

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

Досить швидко розвивається світ швидкості обробки інформації надає все більше швидкі і недорогі рішення по використанню спеціальних апаратних засобів, для зняття частини навантаження по обробці трафіку з центрального процесора. Використовується і технологія буферизації, що забезпечує переривання процесора для обробки декількох кадрів одразу. На даний час технологія Gigabit Ethernet стає все більш доступною для використання в домашніх умовах, що безпосередньо зацікавить простого користувача. більш швидкий доступ до домашніх ресурсів забезпечить якісний перегляд відео високої розподільчої здатності, займе менше часу для перерозподілу інформації і, нарешті, дозволить наживо кодувати відеопотоки на мережеві диски.

При підготовці статті використовувалися матеріали ресурсівhttp://www.ixbt.com/ іhttp://www.wikipedia.org/.

Стаття прочитана 15510 раз (а)

Підписатися на наші канали

Я не дуже поспішав перевести свою домашню мережу зі швидкості 100 Мбіт / с на 1 Гбіт / с, що для мене досить дивно, оскільки я передаю по мережі велику кількість файлів. Однак коли я витрачаю гроші на апгрейд комп'ютера або інфраструктури, я вважаю, що повинен відразу ж отримати приріст продуктивності в додатках і іграх, які я запускаю. Багато користувачів люблять потішити себе новою відеокартою, центральним процесором і яким-небудь пристроєм. Однак з якихось причин мережеве обладнання не приваблює такого ентузіазму. Дійсно, складно вкласти зароблені гроші в мережеву інфраструктуру замість чергового технологічного подарунка на день народження.

Однак вимоги щодо пропускної спроможності у мене дуже високі, і в один момент я зрозумів, що інфраструктури на 100 Мбіт / с вже не вистачає. У всіх моїх домашніх комп'ютерів вже встановлені інтегровані адаптери на 1 Гбіт / с (на материнських платах), тому я вирішив взяти прайс-лист найближчій комп'ютерної фірми і подивитися, що мені потрібно для переведення всієї мережевої інфраструктури на 1 Гбіт / с.

Ні, домашня гигабитная мережу зовсім не така складна.

Я купив і встановив все обладнання. Я пам'ятаю, що раніше на копіювання великого файлу по 100-Мбіт / с мережі йшло близько півтори хвилини. Після апгрейда на 1 Гбіт / с той же файл став копіюватися за 40 секунд. Приріст продуктивності приємно порадував, але все ж я не отримав десятикратного переваги, яке можна було очікувати з порівняння пропускної спроможності 100 Мбіт / с і 1 Гбіт / с старої і нової мереж.

В чому причина?

Для гигабитной мережі всі її частини повинні підтримувати 1 Гбіт / с. Наприклад, якщо у вас встановлені гігабітні мережеві карти і відповідні кабелі, але концентратор / комутатор підтримує всього 100 Мбіт / с, то і вся мережа буде працювати на 100 Мбіт / с.

Перша вимога - мережевий контролер. Найкраще, якщо кожен комп'ютер в мережі буде оснащений гігабітним мережним адаптером (окремим або інтегрованим на материнську плату). Ця вимога задовольнити найпростіше, оскільки більшість виробників материнських плат пару останніх років інтегрують гігабітні мережеві контролери.

Друга вимога - мережева карта теж повинна підтримувати 1 Гбіт / с. Є поширена помилка, що для гігабітних мереж потрібно кабель категорії 5e, але насправді навіть старий кабель Cat 5 підтримує 1 Гбіт / с. Втім, кабелі Cat 5e мають кращі характеристики, тому вони будуть більш оптимальним рішенням для гігабітних мереж, особливо якщо довжина у кабелів буде пристойна. Втім, кабелі Cat 5e сьогодні все одно найдешевші, оскільки старий стандарт Cat 5 вже застарів. Нові та більш дорогі кабелі Cat 6 володіють ще кращими характеристиками для гігабітних мереж. Ми порівняємо продуктивність кабелів Cat 5e проти Cat 6 трохи пізніше в нашій статті.

Третій і, напевно, найдорожчий компонент в гигабитной мережі - це концентратор / комутатор з підтримкою 1 Гбіт / с. Звичайно, краще використовувати комутатор (можливо, в парі з маршрутизатором), оскільки концентратор або хаб - не інтелектуальний пристрій, просто транслює всі дані по всім доступним портам, що призводить до появи великої кількості колізій і уповільнює продуктивність мережі. Якщо вам потрібна висока продуктивність, То без гигабитного комутатора не обійтися, оскільки він перенаправляє мережеві дані лише на потрібний порт, що ефективно підвищує швидкість роботи мережі по з рівнянню з концентратором. Маршрутизатор зазвичай містить вбудований комутатор (з декількома портами LAN), а також дозволяє підключати вашу домашню мережу до Інтернету. Більшість домашніх користувачів розуміють переваги маршрутизатора, тому гігабітний маршрутизатор - варіант цілком привабливий.

Наскільки швидким повинен бути гігабіт? Якщо ви чуєте префікс "гіга", то напевно маєте на увазі 1000 мегабайт, при цьому гигабитная мережа повинна забезпечувати 1000 мегабайт в секунду. Якщо ви так вважаєте, то ви не самотні. Але, на жаль, в дійсності все інакше.

Що ж таке гігабіт? Це 1000 мегабіт, а не 1000 мегабайт. В одному байті 8 бітів, тому просто порахуємо: 1 000 000 000 бітів розділити на 8 бітів \u003d 125 000 000 байтів. У мегабайті близько мільйона байтів, тому гигабитная мережа повинна забезпечувати теоретичну максимальну швидкість передачі даних близько 125 Мбайт / с.

Звичайно, 125 Мбайт / с звучить не так вражаюче, як гігабіт, але подумайте: мережа з такою швидкістю повинна теоретично передавати гігабайт даних всього за вісім секунд. А 10-Гбайт архів повинен передаватися за все за хвилину і 20 секунд. Швидкість неймовірна: просто згадайте, скільки часу йшло на передачу гігабайта даних до того моменту, як USB-брелоки стали такими швидкими, як сьогодні.

Очікування були серйозними, тому ми вирішили передати файл по гигабитной мережі і насолодитися швидкістю близькою до 125 Мбайт / с. У нас немає будь-якої спеціалізованої чудесного обладнання: проста домашня мережа з деякими старими, але пристойними технологіями.

Копіювання 4,3-Гбайт файлу з одного домашнього комп'ютера на інший виконувалося з середньою швидкістю 35,8 Мбайт / с (ми проводили тест п'ять разів). Це всього лише 30% від теоретичного стелі гигабитной мережі 125 Мбайт / с.

У чому ж причини проблеми?

Підібрати компоненти для установки гигабитной мережі досить просто, але от змусити мережу працювати на максимальній швидкості набагато складніше. Фактори, які можуть призвести до уповільнення мережі, досить численні, але як ми виявили, все впирається в те, наскільки швидко жорсткі диски здатні передавати дані на мережевий контролер.

Перше обмеження, яке потрібно враховувати - інтерфейс гігабітного мережного контролера з системою. Якщо ваш контролер підключений через стару шину PCI, то кількість даних, яке вона теоретично може передати, становить 133 Мбайт / с. Для пропускної здатності 125 Мбайт / с у Gigabit Ethernet цього здається достатнім, але пам'ятайте, що пропускна здатність шини PCI розподіляється по всій системі. кожна додаткова карта PCI і багато системні компоненти будуть використовувати ту ж саму пропускну здатність, що знижує ресурси, доступні мережевої карти. У контролерів з новим інтерфейсом PCI Express (PCIe) таких проблем немає, оскільки кожна лінія PCIe забезпечує, як мінімум 250 Мбайт / с пропускної здатності, причому ексклюзивно для пристрою.

Наступний важливий фактор, який впливає на швидкість мережі - кабелі. Багато фахівців вказують на те, що в разі прокладки мережевих кабелів поруч з кабелями живлення, які є джерелами перешкод, низькі швидкості гарантовані. Велика довжина кабелів теж проблемна, оскільки мідні кабелі Cat 5e сертифіковані під максимальну довжину 100 метрів.

Деякі фахівці рекомендують прокладати кабелі нового стандарту Cat 6 замість Cat 5e. Часто такі рекомендації виправдати складно, але ми спробуємо протестувати вплив категорії кабелю на маленьку гигабитную домашню мережу.

Не будемо забувати і про операційну систему. Звичайно, в гігабітному оточенні ця система використовується досить рідко, але слід згадати, що Windows 98 SE (і старі операційні системи) не зможуть використовувати переваги гигабитного Ethernet, оскільки стек TCP / IP цієї операційної системи ледь вміє навантажувати 100-Мбіт / с з'єднання в повною мірою. Windows 2000 і свіжіші версії Windows вже підійдуть, хоча в старих операційних системах доведеться виконати деякі настройки, щоб вони використовували мережу по максимуму. Ми будемо використовувати 32-бітну ОС Windows Vista для наших тестів, і хоча у Vista в якихось завданнях репутація не найкраща, ця система підтримує гигабитную мережу з самого початку.

Тепер перейдемо до жорстких дисків. Навіть старого інтерфейсу IDE до специфікації ATA / 133 має бути досить для підтримки теоретичної швидкості передачі файлів 133 Мбайт / с, а новіша специфікація SATA відповідає всім вимогам, оскільки вона забезпечує, як мінімум, пропускну здатність 1,5 Гбіт / с (150 Мбайт / с). Однак якщо кабелі та контролери можуть справлятися з передачею даних на такій швидкості, самі жорсткі диски - немає.

Візьмемо для прикладу типовий сучасний жорсткий диск на 500 Гбайт, який повинен забезпечувати постійну пропускну здатність близько 65 Мбайт / с. На початку пластин (зовнішні доріжки) швидкість може бути вище, проте у міру переходу на внутрішні доріжки пропускна спроможність падає. Дані на внутрішніх доріжках зчитуються повільніше, на швидкості близько 45 Мбайт / с.

Нам здавалося, що ми розглянули всі можливі «вузькі місця». Що залишалося робити? Потрібно було провести кілька тестів і подивитися, чи зможемо ми дістатися по продуктивності мережі до теоретичної межі 125 Мбайт / с.

Тестова конфігурація

тестові системи	серверна система	клієнтська система
CPU	Intel Core 2 Duo E6750 (Conroe), 2,66 ГГц, FSB-1333, кеш 4 Мбайт	Intel Core 2 Quad Q6600 (Kentsfield), 2,7 ГГц, FSB-1200, кеш 8 Мбайт
Материнська плата	ASUS P5K, Intel P35, BIOS 0902	MSI P7N SLI Platinum, Nvidia nForce 750i, BIOS A2
Мережа	Вбудований контролер Abit Gigabit LAN	Вбудований контролер nForce 750i Gigabit Ethernet
пам'ять	Wintec Ampo PC2-6400, 2x 2048 Мбайт, DDR2-667, CL 5-5-5-15 на 1,8 В	A-Data EXTREME DDR2 800+, 2x 2048 Мбайт, DDR2-800, CL 5-5-5-18 на 1,8 В
Відкрите	ASUS GeForce GTS 250 Dark Knight, 1 Гбайт GDDR3-2200, 738 МГц GPU, 1836 МГц блок шейдерів	MSI GTX260 Lightning, 1792 Мбайт GDDR3-1998, 590 МГц GPU, 1296 МГц блок шейдерів
Жорсткий диск 1	Seagate Barracuda ST3320620AS, 320 Гбайт, 7200 об / хв, кеш 16 Мбайт, SATA 300
Жорсткий диск 2	2x Hitachi Deskstar 0A-38016 в RAID 1, 7200 об / хв, кеш 16 Мбайт, SATA 300	Western Digital Caviar WD50 00AAJS-00YFA, 500 Гбайт, 7200 об / хв, кеш 8 Мбайт, SATA 300
Блок живлення	Aerocool Zerodba 620w, 620 Вт, ATX12V 2.02	Ultra HE1000X, ATX 2.2, 1000 Вт
Мережевий комутатор	D-Link DGS-1008D, 8-Port 10/100/1000 Unmanaged Gigabit Desktop Switch
Програмне забезпечення та драйвери
ОС	Microsoft Windows Vista Ultimate 32-bit 6.0.6001, SP1
версія DirectX	DirectX 10
графічний драйвер	Nvidia GeForce 185.85

Тести і настройки

Тести і нстройкі
Nodesoft Diskbench	Version: 2.5.0.5, file Copy, Creation, Read, and Batch Benchmark
SiSoftware Sandra 2009 SP3	Version 2009.4.15.92, CPU Test \u003d CPU Arithmetic / Multimedia, Memory Test \u003d Bandwidth Benchmark

Перед тим, як ми перейдемо до будь-яких тестів, ми вирішили протестувати жорсткі диски без використання мережі, щоб подивитися, яку пропускну здатність ми можемо очікувати в ідеальному сценарії.

У нашій домашній гигабитной мережі працюють два ПК. Перший, який ми будемо називати сервером, оснащений двома дисковими підсистемами. Основний жорсткий диск - 320-Гбайт Seagate Barracuda ST3320620AS віком пару років. Сервер працює в якості мережевого сховища NAS з RAID-масивом, що складається з двох 1-Тбайт жорстких дисків Hitachi Deskstar 0A-38016, які віддзеркалювати для надмірності.

Другий ПК в мережі ми назвали клієнтом, у нього два жорсткі диски: Обидва 500-Гбайт Western Digital Caviar 00AAJS-00YFA віком близько півроку.

Спочатку ми протестували швидкість системних жорстких дисків сервера і клієнта, щоб подивитися, яку продуктивність ми можемо від них очікувати. Ми використовували тест жорсткого диска в пакеті SiSoftware Sandra 2009.

Наші мрії про досягнення гигабитной швидкості передачі файлів відразу ж розсіялися. Обидва з одиночних жорстких дисків досягли максимальної швидкості читання близько 75 Мбайт / с в ідеальних умовах. Оскільки даний тест проводиться в реальних умовах, а накопичувачі заповнені на 60%, то ми можемо очікувати швидкості читання ближче до індексу 65 Мбайт / с, який ми отримали у обох жорстких дисків.

Але давайте подивимося на продуктивність RAID 1 - найкраще у даного масиву в тому, що апаратний RAID-контролер може збільшувати продуктивність читання, отримуючи дані з обох жорстких дисків одночасно, аналогічно масивів RAID 0; але даний ефект виходить (наскільки ми знаємо) тільки з апаратними RAID-контролерами, але не з програмними рішеннями RAID. У наших тестах масив RAID забезпечив набагато більш високу продуктивність читання, ніж один жорсткий диск, тому великі шанси того, що ми отримаємо високу швидкість передачі файлів по мережі з масиву RAID 1. Масив RAID забезпечив вражаючу пікову пропускну здатність 108 Мбайт / с, але в реальності продуктивність повинна бути близька до індексу 88 Мбайт / с, оскільки масив заповнений на 55%.

Тому ми повинні отримати близько 88 Мбайт / с по гигабитной мережі, чи не так? Це не так близько до стелі гигабитной мережі 125 Мбайт / с, але набагато швидке 100-Мбіт / с мереж, у яких стелю становить 12,5 Мбайт / с, так що отримати 88 Мбайт / с на практиці було б зовсім непогано.

Але не все так просто. Те, що швидкість читання з жорстких дисків досить висока, зовсім не означає, що вони будуть швидко записувати інформацію в реальних умовах. Давайте проведемо кілька тестів записи на диски до використання мережі. Ми почнемо з нашого сервера і скопіюємо 4,3-Гбайт образ зі швидкісного масиву RAID на 320-Гбайт системний жорсткий диск і назад. Потім ми скопіюємо файл з клієнтського диска D: на його диск C :.

Як бачимо, копіювання з швидкого масиву RAID на диск C: дало середню швидкість всього 41 Мбайт / с. А копіювання з диска C: на масив RAID 1 призвело до зниження до всього 25 Мбайт / с. Що відбувається?

Саме так і трапляється в реальності: жорсткий диск C: випущений трохи більше року тому, але він заповнений на 60%, ймовірно, трохи фрагментований, так що за записом він рекордів не б'є. Є й інші чинники, а саме, наскільки швидко працює система і пам'ять в цілому. Масив RAID 1 складено з відносного нового "заліза", але через надмірність інформацію потрібно записувати на два жорсткі диски одночасно, що знижує продуктивність. Хоча масив RAID 1 може дати високу продуктивність читання, швидкістю запису доведеться пожертвувати. Звичайно, ми могли використовувати масив RAID 0 з чергуванням, який дає високу швидкість запису і читання, але якщо один жорсткий диск "помре", то вся інформація буде зіпсована. В цілому, RAID 1 є більш правильним варіантом, якщо для вас цінні дані, що зберігаються на NAS.

Втім, не все втрачено. Новий 500-Гбайт накопичувач Digital Caviar здатний записувати наш файл зі швидкістю 70,3 Мбайт / с (середній результат по п'яти тестових прогонів), а також дає максимальну швидкість 73,2 Мбайт / с.

З урахуванням усього сказаного ми очікували отримати в реальних умовах максимальну швидкість передачі по гигабитной мережі 73 Мбайт / с з масиву NAS RAID 1 на диск C: клієнта. Ми також протестуємо передачу файлів з клієнтського диска C: на серверний диск C: щоб дізнатися, чи можемо ми реалістично очікувати 40 Мбайт / с в цьому напрямку.

Почнемо з першого тесту, в рамках якого ми відсилали файл з клієнтського диска C: на диск C: сервера.

Як бачимо, результати відповідають нашим очікуванням. Гігабітна мережу, здатна в теорії дати 125 Мбайт / с, відсилає дані з клієнтського диска C: з максимально можливою швидкістю, ймовірно, в районі 65 Мбайт / с. Але, як ми показали вище, серверний диск C: може записувати тільки зі швидкістю близько 40 Мбайт / с.

Тепер давайте скопіюємо файл зі швидкісного RAID-масиву сервера на диск C: клієнтського комп'ютера.

Все виявилося так, як ми і припускали. З наших тестів ми знаємо, що диск C: комп'ютера клієнта здатний записувати дані зі швидкістю близько 70 Мбайт / с, і продуктивність гигабитной мережі виявилася дуже близька до даної швидкості.

На жаль, отримані нами результати і близько не підходять до теоретичної максимальної пропускної здатності 125 Мбайт / с. Чи можемо ми протестувати граничну швидкість роботи мережі? Звичайно, але не в реалістичному сценарії. Ми спробуємо передати інформацію по мережі з пам'яті в пам'ять, щоб обійти будь-які обмеження жорстких дисків по пропускній здатності.

Для цього ми створимо 1-Гбайт RAM-диск на серверному і клієнтському ПК, після чого передамо 1-Гбайт файл між цими дисками по мережі. Оскільки навіть повільна пам'ять DDR2 здатна передавати дані зі швидкістю більше 3000 Мбайт / с, то обмежуючим фактором виявиться мережева пропускна здатність.

Ми отримали максимальну швидкість роботи нашої гигабитной мережі 111,4 Мбайт / с, що дуже близько до теоретичної межі 125 Мбайт / с. Прекрасний результат, скаржитися на нього не доводиться, оскільки реальна пропускна здатність все одно не буде досягати теоретичного максимуму через передачу додаткової інформації, Помилок, повторних передач і т.д.

Висновок буде наступним: сьогодні продуктивність передачі інформації по гигабитной мережі впирається в жорсткі диски, тобто швидкість передачі буде обмежена найповільнішим вінчестером, що бере участь в процесі. Відповівши на найважливіше питання, ми можемо переходити до тестів швидкості в залежності від конфігурації кабелів, щоб наша стаття була повною. Чи зможе оптимізація прокладки кабелів дати швидкість мережі, ще більш близьку до теоретичної межі?

Оскільки продуктивність в наших тестах була близька до передбачуваної, ми навряд чи побачимо якісь поліпшення при зміні конфігурації кабелів. Але ми все одно хотіли провести тести, щоб наблизитися до теоретичного обмеження по швидкості.

Ми провели чотири тести.

Тест 1: за замовчуванням.

В даному тесті ми використовували два кабелю довжиною близько 8 метрів, кожен з яких був підключений до комп'ютера на одному кінці і до гігабітного комутатора на іншому. Ми залишили кабелі там, де їх прокладали, тобто по сусідству з кабелями живлення і розетками.

На цей раз ми використовували ті ж 8-м кабелі, що і в першому тесті, але перенесли мережевий кабель якнайдалі від кабелів живлення і подовжувачів.

В даному тесті ми зняли один з 8-м кабелів і замінили його метровим кабелем Cat 5e.

В останньому тесті ми замінили 8-м кабелі Cat 5e на 8-му кабелі Cat 6.

Загалом, наше тестування різних конфігурацій кабелів не показала серйозної різниці, але висновки зробити можна.

Тест 2: знижуємо перешкоди з боку кабелів живлення.

У невеликих мережах, таких як наша домашня мережа, тести показують, що вам можна не турбуватися про прокладання кабелів LAN поруч з кабелями електропроводки, розетками та подовжувачами. Звичайно, наведення при цьому будуть вище, але серйозного ефекту на швидкість мережі це не дасть. Втім, з урахуванням усього сказаного, краще уникати прокладки поруч з кабелями живлення, та й слід пам'ятати, що у вашій мережі ситуація може виявитися іншою.

Тест 3: зменшуємо довжину кабелів.

Це не зовсім коректний тест, але ми намагалися виявити різницю. Слід пам'ятати, що заміна восьмиметрового кабелю на метровий може привести до впливу на результат просто різних кабелів, ніж різниці в відстані. У будь-якому випадку, в більшості тестів ми не бачимо значущої різниці за винятком аномального підйому пропускної спроможності під час копіювання з клієнтського диска C: на серверний C :.

Тест 4: замінюємо кабелі Cat 5e на Cat 6.

Знову ж таки, ми не виявили суттєвої різниці. Оскільки довжина кабелів становить близько 8 метрів, великі по довжині кабелі можуть дати велику різницю. Але якщо у вас довжина не максимальна, то кабелі Cat 5e будуть цілком нормально працювати в домашній гигабитной мережі з відстанню між двома комп'ютерами 16 метрів.

Цікаво зауважити, що маніпуляції з кабелями не дали ніякого ефекту на передачу даних між RAM-дисками комп'ютерів. Цілком очевидно, що якийсь інший компонент в мережі обмежував продуктивність магічною цифрою 111 Мбайт / с. Втім, подібний результат все одно прийнятний.

Чи дають гігабітні мережі гигабитную швидкість? Як виявляється, майже дають.

Однак в реальних умовах швидкість мережі буде серйозно обмежуватися жорсткими дисками. У синтетичному сценарії пам'ять-пам'ять наша гигабитная мережу дала продуктивність, дуже близьку до теоретичної межі 125 Мбайт / с. Звичайні ж швидкості в мережі з урахуванням продуктивності жорстких дисків будуть обмежуватися рівнем від 20 до 85 Мбайт / с, в залежності від використовуваних вінчестерів.

Ми також протестували вплив кабелів живлення, довжини кабелю і переходу з Cat 5e на Cat 6. В нашій невеликої домашньої мережі жоден зі згаданих факторів не впливав істотно на продуктивність, хоча ми хочемо відзначити, що в більшій і більш складної мережі з великими довжинами ці фактори можуть впливати набагато сильніше.

Загалом, якщо ви передаєте в домашній мережі велику кількість файлів, то ми рекомендуємо встановлювати гигабитную мережу. Перехід з мережі на 100 Мбіт / с дасть приємний приріст продуктивності, по крайней мере, ви отримаєте дворазове збільшення швидкості передачі файлів.

Gigabit Ethernet в домашній мережі може дати більший приріст продуктивності, якщо ви будете зчитувати файли з швидкого сховища NAS, де використовується апаратний масив RAID. У нашій тестовій мережі ми передавали 4,3-Гбайт файл всього за одну хвилину. За з'єднанню на 100 Мбіт / с той же самий файл копіювався близько шести хвилин.

Гігабітні мережі стають все більш доступними. Тепер залишилося тільки дочекатися, коли швидкості жорстких дисків піднімуться до такого ж рівня. А поки що ми рекомендуємо створювати масиви, здатні обійти обмеження сучасних технологій HDD. Тоді ви зможете вичавити більше продуктивності з гигабитной мережі.

Gigabit Ethernet

Зараз йде багато розмов про те, що пора б вже масово переходити на гігабітні швидкості при підключенні кінцевих користувачів локальних мереж, а також знову піднімається питання про виправданість і прогресивності рішень «волокно до робочого місця», «волокно до будинку» і т.п. У зв'язку з цим дана стаття, що описує стандарти не тільки на мідні, а й, головним чином, на оптоволоконні інтерфейси GigE, буде цілком доречна і своєчасна.

архітектура стандарту Gigabit Ethernet

На рис.1 показана структура рівнів Gigabit Ethernet. Як і в стандарті Fast Ethernet, в Gigabit Ethernet не існує універсальної схеми кодування сигналу, яка була б ідеальною для всіх фізичних інтерфейсів - так, з одного боку, для стандартів 1000Base-LX / SX / CX використовується кодування 8B / 10B, а з іншого боку, для стандарту 1000Base-T використовується спеціальний розширений лінійний код TX / T2. Функцію кодування виконує підрівень кодування PCS, розміщений нижче среданезавісімого інтерфейсу GMII.

Мал. 1. Структура рівнів стандарту Gigabit Ethernet, GII інтерфейс і трансивер Gigabit Ethernet

GMII інтерфейс. Среданезавісімий інтерфейс GMII (Gigabit Media Independent Interface) забезпечує взаємодію між рівнем MAC і фізичним рівнем. GMII інтерфейс є розширенням інтерфейсу MII і може підтримувати швидкості 10, 100 і 1000 Мбіт / с. Він має окремі 8 бітні приймач і передавач, і може підтримувати як напівдуплексний, так і двобічний режими. Крім цього, GMII інтерфейс несе один сигнал, що забезпечує синхронізацію (clock signal), і два сигнали стану лінії - перший (в стані ON) вказує наявність несучої, а другий (в стані ON) говорить про відсутність колізій - і ще кілька інших сигнальних каналів і харчування. Трансиверний модуль, який охоплює фізичний рівень і забезпечує один з фізичних средазавісімих інтерфейсів, може підключати наприклад до комутатора Gigabit Ethernet за допомогою GMII-інтерфейсу.

Підрівень фізичного кодування PCS. При підключенні інтерфейсів групи 1000Base-X, підрівень PCS використовує блочне надлишкове кодування 8B10B, запозичене зі стандарту ANSI X3T11 Fibre Channel. Аналогічної розглянутому стандарту FDDI, тільки на основі більш складної кодової таблиці кожні 8 вхідних бітів, призначених для передачі на віддалений вузол, перетворюються в 10 бітні символи (code groups). Крім цього у вихідному послідовному потоці присутні спеціальні контрольні 10 бітні символи. Прикладом контрольних символів можуть служити символи, використовувані для розширення носія (доповнюють кадр Gigabit Ethernet до його мінімально розміру 512 байт). При підключенні інтерфейсу 1000Base- T, підрівень PCS здійснює спеціальне завадостійке кодування, для забезпечення передачі по кручений парі UTP Cat.5 на відстань до 100 метрів - лінійний код TX / T2, розроблений компанією Level One Communications.

Два сигналу стану лінії - сигнал наявність несучої і сигнал відсутність колізій - генеруються цим подуровнем.

Підрівні PMA і PMD. Фізичний рівень Gigabit Ethernet використовує кілька інтерфейсів, включаючи традиційну кручену пару категорії 5, а також многомодовое і одномодове волокно. Підрівень PMA перетворює паралельний потік символів від PCS в послідовний потік, а також виконує зворотне перетворення (розпаралелювання) входить послідовного потоку від PMD. Підрівень PMD визначає оптичні / електричні характеристики фізичних сигналів для різних середовищ. Всього визначаються 4 різний типу фізичних інтерфейсу середовища, які відображені в специфікація стандарту 802.3z (1000Base-X) і 802.3ab (1000Base-T), (рис.2).

Мал. 2. Фізичні інтерфейси стандарту Gigabit Ethernet

інтерфейс 1000Base-X

Інтерфейс 1000Base-X ґрунтується на стандарті фізичного рівня Fibre Channel. Fibre Channel - це технологія взаємодії робочих станцій, суперкомп'ютерів, пристроїв зберігання і периферійних вузлів. Fibre Channel має 4-х рівневу архітектуру. Два нижніх рівні FC-0 (інтерфейси і середа) і FC-1 (кодування / декодування) перенесені в Gigabit Ethernet. Оскільки Fibre Channel є схваленої технологією, то таке перенесення сильно скоротило час на розробку оригінального стандарту Gigabit Ethernet.

Блоковий код 8B / 10B аналогічний коду 4B / 5B, прийнятому в стандарті FDDI. Однак код 4B / 5B був відкинутий в Fibre Channel, тому що цей код не забезпечує балансу по постійному струмі. Відсутність балансу потенційно може привести до залежному від переданих даних нагрівання лазерних діодів, оскільки передавач може передавати більше бітів "1" (випромінювання є), ніж "0" (випромінювання немає), що може бути причиною додаткових помилок при високих швидкостях передачі.

1000Base-X підрозділяється на три фізичних інтерфейсу, основні характеристики яких наведені нижче:

Інтерфейс 1000Base-SX визначає лазери з припустимою довжиною випромінювання в межах діапазону 770-860 нм, потужність випромінювання передавача в межах від -10 до 0 дБм, при відношенні ON / OFF (сигнал / немає сигналу) незгірш від 9 дБ. Чутливість приймача -17 дБм, насичення приймача 0 дБм;

Інтерфейс 1000Base-LX визначає лазери з припустимою довжиною випромінювання в межах діапазону 1270-1355 нм, потужність випромінювання передавача в межах від -13,5 до -3 дБм, при відношенні ON / OFF (є сигнал / немає сигналу) незгірш від 9 дБ. Чутливість приймача -19 дБм, насичення приймача -3 дБм;

1000Base-CX екранована кручена пара (STP "twinax") на короткі відстані.

Для довідки в табл.1 наведені основні характеристики оптичних приймально-передавальних модулів, що випускаються фірмою Hewlett Packard для стандартних інтерфейсів 1000Base-SX (модель HFBR-5305, \u003d 850 нм) і 1000Base-LX (модель HFCT-5305, \u003d 1300 нм).

Таблиця 1. Технічні характеристики оптичних приймально-передавачів Gigabit Ethernet

Підтримувані відстані для стандартів 1000Base-X приведені в табл.2.

Таблиця 2. Технічні характеристики оптичних приймально-передавачів Gigabit Ethernet

При кодуванні 8B / 10B бітова швидкість в оптичної лінії становить 1250 біт / c. Це означає, що смуга пропускання ділянки кабелю допустимої довжини повинна перевищувати 625 МГц. З табл. 2 видно, що цей критерій для рядків 2-6 виконується. Через великий швидкості передачі Gigabit Ethernet, слід бути уважним при побудові протяжних сегментів. Безумовно перевага віддається одномодовому волокну. При цьому характеристики оптичних приймачів можуть бути значно вище. Наприклад компанія NBase випускає комутатори з портами Gigabit Ethernet, що забезпечують відстані до 40 км по одномодовому волокну без ретрансляції (використовуються узкоспектральние DFB лазери, що працюють на довжині хвилі 1550 нм).

особливості використання багатомодового волокна

У світі існує величезна кількість корпоративних мереж на основі багатомодового волоконно-оптичного кабелю, з волокнами 62,5 / 125 і 50/125. З цього природно, що ще на етапі формування стандарту Gigabit Ethernet постало завдання адаптації цієї технології для використання в існуючих багатомодових кабельних системах. В ході досліджень по розробці специфікацій 1000Base-SX і 1000Base-LX була виявлена \u200b\u200bодна дуже цікава аномалія, пов'язана з використанням лазерних передавачів спільно з багатомодовим волокном.

Багатомодове волокно конструировалось для спільного використання з світловипромінюючих діодів (спектр випромінювання 30-50 нс). Некогерентного випромінювання від таких світлодіодів потрапляє в волокно по всій площі светонесущей серцевини. В результаті в волокні збуджується величезне число модових груп. Поширюється сигнал добре піддається опису на мові межмодовой дисперсії. Ефективність використання таких світлодіодів в якості передавачів в стандарті Gigabit Ethernet низька, в силу дуже високої частоти модуляції - швидкість бітового потоку в оптичній лінії дорівнює 1250 Мбод, а тривалість одне імпульсу - 0,8 нс. Максимальна швидкість, коли ще використовуються світлодіоди для передачі сигналу по многомодовому волокну, становить 622,08 Мбіт / c (STM-4, c урахуванням надмірності коду 8B / 10B бітова швидкість в оптичної лінії 777,6 Мбод). З цього Gigabit Ethernet став першим стандартом, який регламентує використання лазерних оптичних передавачів спільно з багатомодовим волокном. Площа введення випромінювання в волокно від лазера значно менше, ніж розмір серцевини багатомодового волокна. Цей факт сам по собі ще не призводить до проблеми. У той же час, в технологічному процесі виробництва стандартних комерційних багатомодових волокон допускається наявність деяких некритичних при традиційному використанні волокна дефектів (відхилень в межах допустимого), в найбільшою мірою зосереджених поблизу осі серцевини волокна. Хоча таке багатомодове волокно повністю задовольняє вимогам стандарту, когерентний світло від лазера, введений по центру такого волокна, проходячи через області неоднорідності показника заломлення, здатний розщепнутися на невелике число мод, які потім поширюються по волокну різними оптичними шляхами і з різною швидкістю. Це явище відоме як диференціальна модовая затримка DMD. В результаті з'являється фазовий зсув між модами, що приводить до небажаної інтерференції на приймальній стороні і до значного зростання числа помилок (рис.3). Замети, що ефект проявляється тільки при одночасному збігу ряду обставин: менш вдале волокно, менш вдалий лазерний передавач (зрозуміло задовольняють стандарту) і менш вдалий введення випромінювання в волокно. З фізичної сторони, ефект DMD пов'язаний з тим, що енергія від когерентного джерела розподіляється всередині невеликого числа мод, в той час як некогерентний джерело рівномірно збуджує величезне число мод. Дослідження показують, що ефект проявляється сильніше при використанні довгохвильових лазерів (вікно прозорості 1300 нм).

Рис.3. Поширення когерентного випромінювання в багатомодового волокна: а) Прояв ефекту диференціальної модовой затримки (DMD) при осьовому введенні випромінювання; б) Неосевой введення когерентного випромінювання в багатомодове волокно.

Зазначена аномалія в гіршому випадку може вести до зменшення максимальної довжини сегмента на основі багатомодового ВОК. Оскільки стандарт повинен забезпечувати 100-відсоткову гарантію роботи, максимальна довжина повинна сегмента регламентуватися з урахуванням можливого прояву ефекту DMD.

Інтерфейс 1000Base-LX. Для того, щоб зберегти більшу відстань і уникнути непередбачуваності поведінки каналу Gigabit Ethernet через аномалії, запропоновано вводити випромінювання в нецентральних частина серцевини багатомодового волокна. Випромінювання через апертурного розбіжності встигає рівномірно розподілитися по всій серцевині волокна, сильно послаблюючи прояв ефекту, хоча максимальна довжина сегмента і після цього залишається обмеженою, (табл.2). Спеціально розроблені перехідні одномодові оптичні шнури MCP (mode conditioning patch-cords), у яких один з з'єднувачів (а саме той, який планується сполучати з багатомодовим волокном) має невелике зміщення від осі серцевини волокна. Оптичний шнур, у якого один з'єднувач - Duplex SC зі зміщеною серцевиною, а інший - звичайний Duplex SC, може називатися так: MCP Duplex SC - Duplex SC. Зрозуміло такий шнур не підходить для використання в традиційних мережах, наприклад в Fast Ethernet, через великі внесених втрат на стику з MCP Duplex SC. Перехідний MCP може бути комбінованим на основі одномодового і багатомодового волокна і містити елемент зсуву між волокнами всередині себе. Тоді одномодовим кінцем він підключається до лазерного передавача. Що ж стосується приймача, то до нього може підключатися стандартний багатомодовий з'єднувальний шнур. Використання перехідних MCP шнурів дозволяє заводити випромінювання в багатомодове волокно через область, зміщену на 10-15 мкм від осі (ріс.3б). Таким чином, зберігається можливість використання інтерфейсних портів 1000Base-LX і з одномодовими ВОК, оскільки там введення випромінювання буде здійснюватися строго по центру серцевини волокна.

Інтерфейс 1000Base-SX. Так як інтерфейс 1000Base-SX стандартизований тільки для використання з багатомодовим волокном, то зміщення області введення випромінювання від центральної осі волокна можна реалізувати всередині самого пристрою, тим самим зняти необхідність використання узгоджувального оптичного шнура.

інтерфейс 1000Base-T

1000Base-T - це стандартний інтерфейс Gigabit Ethernet передачі по неекранованої кручений парі категорії 5 і вище на відстані до 100 метрів. Для передачі використовуються всі чотири пари мідного кабелю, швидкість передачі по одній парі 250 Мбіт / c. Передбачається, що стандарт буде забезпечувати дуплексну передачу, причому дані по кожній парі будуть передаватися одночасно відразу в двох напрямках - подвійний дуплекс (dual duplex). 1000Base-T. Технічно реалізувати дуплексну передачу 1 Гбіт / с по кручений парі UTP cat.5 виявилося досить складно, значно складніше ніж в стандарті 100Base-TX. Вплив ближніх і дальніх перехідних перешкод від трьох сусідніх кручених пар на дану пару в чотирипарне кабелі вимагає розробки спеціальної ськремблірованний перешкодостійкою передачі, і інтелектуального вузла розпізнавання і відновлення сигналу на прийомі. Кілька методів кодування спочатку розглядалися як кандидати на затвердження в стандарті 1000Base-T, серед яких: 5 рівнева імпульсно-амплітудна кодування PAM-5; квадратурная амплітудна модуляція QAM-25, та ін. Нижче наведені коротко ідеї PAM-5, окончально затвердженого в якості стандарту.

Чому 5-рівнева кодування. Поширена чотирирівневої кодування обробляє вхідні біти парами. Всього існує 4 різних комбінації - 00, 01, 10, 11. Передавач може кожній парі біт встановити свій рівень напруги переданого сигнал, що зменшує в 2 рази частоту модуляції чотирирівневого сигналу, 125 МГц замість 250 МГц, (рис.4), і отже частоту випромінювання. П'ятий рівень доданий для створення надмірності коду. В результаті чого стає можливою корекція помилок на прийомі. Це дає додатковий резерв 6 дБ в співвідношенні сигнал / шум.

Рис.4. Схема 4-х рівневого кодування PAM-4

рівень MAC

Рівень MAC стандарту Gigabit Ethernet використовує той же самий протокол передачі CSMA / CD що і його предки Ethernet і Fast Ethernet. Основні обмеження на максимальну довжину сегмента (або колізійного домену) визначаються цим протоколом.

У стандарті Ethernet IEEE 802.3 прийнятий мінімальний розмір кадру 64 байта. Саме значення мінімального розміру кадру визначає максимальне допустима відстань між станціями (діаметр колізійного домену). Час, якого станція передає такий кадр - час каналу - одно 512 BT або 51,2 мкс. Максимальна довжина мережі Ethernet визначається з умови вирішення колізій, а саме час, за який сигнал доходить до віддаленого вузла і повертається назад RDT не повинно перевищувати 512 BT (без урахування преамбули).

При переході від Ethernet до Fast Ethernet швидкість передачі зростає, а час трансляції кадру довжини 64 байта відповідно скорочується - воно дорівнює 512 BT або 5,12 мкс (в Fast Ethernet 1 BT \u003d 0,01 мкс). Для того, щоб можна було виявляти всі колізії до кінця передачі кадру, як і раніше необхідно задовольнити одну з умов:

В Fast Ethernet був залишений такий же мінімальний розмір кадру, як у Ethernet. Це зберегло сумісність, але привело до значного зменшення діаметра колізійного домену.

Знову ж в силу наступності стандарт Gigabit Ethernet повинен підтримувати ті ж мінімальний і максимальний розміри кадру, які прийняті в Ethernet і Fast Ethernet. Але оскільки швидкість передачі зростає, то відповідно зменшується і час передачі пакета аналогічної довжини. При збереженні колишньої мінімальної довжини кадру це призвело б до зменшення діаметра мережі, який не перевищував би 20 метрів, що могло бути мало корисним. Тому, при розробці стандарту Gigabit Ethernet було прийнято рішення збільшити час каналу. У Gigabit Ethernet воно становить 4096 BT і в 8 разів перевершує час каналу Ethernet і Fast Ethernet. Але, щоб підтримати сумісність зі стандартами Ethernet і Fast Ethernet, мінімальний розмір кадру не було збільшено, а було додано до кадру додаткове поле, яке отримало назву "розширення носія".

розширення носія (carrier extension)

Символи в додатковому полі зазвичай не несуть службової інформації, але вони заповнюють канал і збільшують "колізійне вікно". В результаті, колізія буде реєструватися усіма станціями при більшому діаметрі колізійного домену.

Якщо станція бажає передати короткий (менше 512 байт) кадр, до при передачі додається це поле - розширення носія, що доповнює кадр до 512 байт. поле контрольної суми обчислюється тільки для оригінального кадру і не поширюється на поле розширення. При прийомі кадру поле розширення відкидається. Тому рівень LLC навіть і не знає про наявність поля розширення. Якщо розмір кадру дорівнює або перевищує 512 байт, то поле розширення носія відсутня. На рис.5 показаний формат кадру Gigabit Ethernet при використанні розширення носія.

Рис.5. Кадр Gigabit Ethernet з полем розширення носія.

пакетна перевантаженість (Packet Bursting)

Розширення носія - це найбільш природне рішення, яке дозволило зберегти сумісність зі стандартом Fast Ethernet, і такий же діаметр колізійного домену. Але воно призвело до зайвих витрат смуги пропускання. До 448 байт (512-64) може витрачатися в холосту при передачі короткого кадру. На стадії розробки стандарту Gigabit Ethernet компанією NBase Communications було внесено пропозицію щодо модернізації стандарту. Ця модернізація, яка отримала назву пакетна перевантаженість, дозволяє ефективніше використовувати поле розширення. Якщо у станції / комутатора є кілька невеликих кадрів для відправки, то перший кадр доповнюється полем розширення носія до 512 байт, і відправляється. Решта кадри відправляються слідом з мінімальним міжкадрових інтервалом в 96 біт, з одним важливим винятком - міжкадровий інтервал заповнюється символами розширення, (рис.6а). Таким чином середовище не замовкає між посилками коротких оригінальних кадрів, і ніяке інше пристрій мережі не може вклинитися в передачу. Таке прилаштовуванням кадрів може відбуватися до тих пір, поки повне число переданих байт не перевищить 1518. Пакетна перевантаженість зменшувати ймовірність утворення колізій, оскільки переобтяжений кадр може випробувати колізію тільки на етапі передачі першого свого оригінального кадру, включаючи розширення носія, що безумовно збільшує продуктивність мережі, особливо при великих навантаженнях (рис.6-б).

Рис.6. Пакетна перевантаженість: а) передача кадрів; б) поведінка смуги пропускання.

За матеріалами компанії «Телеком Транспорт»

Я не дуже поспішав перевести свою домашню мережу зі швидкості 100 Мбіт / с на 1 Гбіт / с, що для мене досить дивно, оскільки я передаю по мережі велику кількість файлів. Однак коли я витрачаю гроші на апгрейд комп'ютера або інфраструктури, я вважаю, що повинен відразу ж отримати приріст продуктивності в додатках і іграх, які я запускаю. Багато користувачів люблять потішити себе новою відеокартою, центральним процесором і яким-небудь пристроєм. Однак з якихось причин мережеве обладнання не приваблює такого ентузіазму. Дійсно, складно вкласти зароблені гроші в мережеву інфраструктуру замість чергового технологічного подарунка на день народження.

Однак вимоги щодо пропускної спроможності у мене дуже високі, і в один момент я зрозумів, що інфраструктури на 100 Мбіт / с вже не вистачає. У всіх моїх домашніх комп'ютерів вже встановлені інтегровані адаптери на 1 Гбіт / с (на материнських платах), тому я вирішив взяти прайс-лист найближчій комп'ютерної фірми і подивитися, що мені потрібно для переведення всієї мережевої інфраструктури на 1 Гбіт / с.

Ні, домашня гигабитная мережу зовсім не така складна.

Я купив і встановив все обладнання. Я пам'ятаю, що раніше на копіювання великого файлу по 100-Мбіт / с мережі йшло близько півтори хвилини. Після апгрейда на 1 Гбіт / с той же файл став копіюватися за 40 секунд. Приріст продуктивності приємно порадував, але все ж я не отримав десятикратного переваги, яке можна було очікувати з порівняння пропускної спроможності 100 Мбіт / с і 1 Гбіт / с старої і нової мереж.

В чому причина?

Для гигабитной мережі всі її частини повинні підтримувати 1 Гбіт / с. Наприклад, якщо у вас встановлені гігабітні мережеві карти і відповідні кабелі, але концентратор / комутатор підтримує всього 100 Мбіт / с, то і вся мережа буде працювати на 100 Мбіт / с.

Перша вимога - мережевий контролер. Найкраще, якщо кожен комп'ютер в мережі буде оснащений гігабітним мережним адаптером (окремим або інтегрованим на материнську плату). Ця вимога задовольнити найпростіше, оскільки більшість виробників материнських плат пару останніх років інтегрують гігабітні мережеві контролери.

Друга вимога - мережева карта теж повинна підтримувати 1 Гбіт / с. Є поширена помилка, що для гігабітних мереж потрібно кабель категорії 5e, але насправді навіть старий кабель Cat 5 підтримує 1 Гбіт / с. Втім, кабелі Cat 5e мають кращі характеристики, тому вони будуть більш оптимальним рішенням для гігабітних мереж, особливо якщо довжина у кабелів буде пристойна. Втім, кабелі Cat 5e сьогодні все одно найдешевші, оскільки старий стандарт Cat 5 вже застарів. Нові та більш дорогі кабелі Cat 6 володіють ще кращими характеристиками для гігабітних мереж. Ми порівняємо продуктивність кабелів Cat 5e проти Cat 6 трохи пізніше в нашій статті.

Третій і, напевно, найдорожчий компонент в гигабитной мережі - це концентратор / комутатор з підтримкою 1 Гбіт / с. Звичайно, краще використовувати комутатор (можливо, в парі з маршрутизатором), оскільки концентратор або хаб - не інтелектуальний пристрій, просто транслює всі дані по всім доступним портам, що призводить до появи великої кількості колізій і уповільнює продуктивність мережі. Якщо вам потрібна висока продуктивність, то без гигабитного комутатора не обійтися, оскільки він перенаправляє мережеві дані лише на потрібний порт, що ефективно підвищує швидкість роботи мережі по з рівнянню з концентратором. Маршрутизатор зазвичай містить вбудований комутатор (з декількома портами LAN), а також дозволяє підключати вашу домашню мережу до Інтернету. Більшість домашніх користувачів розуміють переваги маршрутизатора, тому гігабітний маршрутизатор - варіант цілком привабливий.

ЗМІСТ

Вступ

Мережі на основі 10/100 Мбіт / с Ethernet буде більш ніж достатньо для виконання будь-яких завдань в невеликих мережах. Але як щодо майбутнього? Ви подумали про потоках відео, які будуть проходити по мережі вашого будинку? Чи впорається з ними 10/100 Ethernet?

У нашій першій статті, присвяченій гігабітного Ethernet, ми впритул з ним познайомимося і визначимо, чи потрібен він вам. Ми також постараємося дізнатися, що вам буде потрібно для створення «готовою до гігабіта» мережі і проведемо короткий екскурс в гигабитное обладнання для невеликих мереж.

Що таке гігабітний Ethernet?

Гігабітний Ethernet також відомий як «гігабіт за міді» або 1000BaseT. Він являє собою звичайну версію Ethernet, що працює на швидкостях до 1.000 мегабіт в секунду, тобто в десять разів швидше 100BaseT.

Основою гигабитного Ethernet є стандарт IEEE 802.3z , Який був затверджений в 1998 році. Однак в червні 1999 року до нього вийшло доповнення - стандарт гигабитного Ethernet по мідній кручений парі 1000BaseT. Саме цей стандарт зміг вивести гігабітний Ethernet з серверних кімнат і магістральних каналів, забезпечивши його застосування в тих же умовах, що і 10/100 Ethernet.

До появи 1000BaseT для гігабітного Ethernet необхідно було використовувати волоконно-оптичний або екранований мідний кабелі, які навряд чи можна назвати зручними для прокладки звичайних локальних мереж. Дані кабелі (1000BaseSX, 1000BaseLX і 1000BaseCX) і сьогодні використовуються в спеціальних областях застосування, тому ми не будемо їх розглядати.

Група гигабитного Ethernet 802.3z прекрасно впоралася зі своєю роботою - вона випустила універсальний стандарт, В десять разів перевищує швидкість 100BaseT. 1000BaseT також є назад сумісним з 10/100 обладнанням, він використовує CAT-5 кабель (або більш високу категорію). До речі, сьогодні типова мережа побудована саме на базі кабелю п'ятої категорії.

Чи потрібен він нам?

У першій літературі про гігабітному Ethernet в якості області застосування нового стандарту вказувався корпоративний ринок, і найчастіше - зв'язок сховищ даних. Оскільки гігабітний Ethernet забезпечувати в десять разів більший канал, ніж звичний 100BaseT, природним застосуванням стандарту є з'єднання ділянок, що вимагають високу пропускну здатність. Це зв'язок між серверами, комутаторами і магістральними вузлами. Саме там гігабітний Ethernet необхідний, потрібний і корисний.

У міру зниження цін на гигабитное обладнання область застосування 1000BaseT розширилася до комп'ютерів «досвідчених користувачів» і робочих груп, що використовують «вимогливі до пропускної спроможності додатки».

Оскільки потреби в передачі даних у більшості невеликих мереж більш ніж скромні, навряд чи їм коли-небудь знадобиться пропускна здатність мережі 1000BaseT. Давайте розглянемо деякі типові області застосування невеликих мереж і оцінимо їх потреба в гігабітному Ethernet.

Чи потрібен він нам, продовження

• Передача великих файлів по мережі

  Подібне застосування характерно, скоріше, для малих офісів, особливо в компаніях, що займаються графічним дизайном, архітектурою чи іншим бізнесом, пов'язаним з обробкою файлів розміром в десятки-сотні мегабайт. Ви легко підрахуєте, що 100-мегабайтний файл буде переданий по 100BaseT мережі всього за вісім секунд [(100Мбайт x 8біт / байт) / 100 Мбіт / с]. Насправді ж багато чинників погіршують швидкість передачі, так що ваш файл буде передаватися кілька довше. Деякі з цих факторів пов'язані з операційною системою, запущеними додатками, Кількістю пам'яті на ваших комп'ютерах, швидкістю процесора і віком. (Вік системи впливає на швидкість шин на материнській платі).

  Ще одним важливим фактором є швидкість мережевого обладнання, і перехід на гигабитное обладнання дозволяє усунути потенційне вузьке місце і прискорити передачу великих обсягів файлів. Багато підтвердять, що отримання швидкостей вище 50 Мбіт / с на 100BaseT мережі - справа аж ніяк не тривіальне. Гігабітний ж Ethernet зможе забезпечити пропускну здатність вище 100 Мбіт / с.

• Мережеві пристрої резервування

  Можна розглядати цей випадок як варіант «великих файлів». Якщо ваша мережа налаштована на резервування всіх комп'ютерів на один файловий сервер, то гігабітний Ethernet дозволить вам прискорити цей процес. Однак тут існує і підводний камінь - збільшення «труби» пропускання до сервера може не привести до позитивного ефекту, якщо сервер не буде встигати обробляти вхідний потік даних (також це стосується і носія резервної інформації).

  Для отримання вигоди від високошвидкісної мережі вам слід оснастити сервер великим об'ємом пам'яті і проводити резервування на швидкий жорсткий диск, А не стрічку або CDROM. Як бачимо, до переходу на гігабітний Ethernet слід грунтовно підготуватися.

• Додатки клієнт-сервер

  Ця область застосування знову ж більш характерна для мереж малого бізнесу, ніж для домашніх мереж. Між клієнтом і сервером в подібних програмах може передаватися великий обсяг даних. Підхід колишній: вам необхідно проаналізувати обсяг передаються мережевих даних, щоб дізнатися, чи зможе додаток «встигнути» за збільшенням пропускної спроможності мережі і чи достатньо цих даних для навантаження гигабитного Ethernet.

По правді кажучи, ми вважаємо, що навряд чи більшість «будівельників» домашніх мереж знайдуть достатньо підстав для покупки гигабитного обладнання. У мережах малого бізнесу перехід на гігабіт може допомогти, але ми рекомендуємо спочатку провести аналіз кількості переданих даних. З сучасним станом все зрозуміло. Але що робити, якщо ви бажаєте врахувати можливість майбутньої модернізації. Що вам потрібно зробити сьогодні, щоб бути до неї готовим? В наступній частині нашої статті ми розглянемо зміни, які необхідно здійснити з найдорожчою, найчастіше і найбільш трудомісткою, частини мережі - кабелем.

Кабель для гігабітного Ethernet

Як ми вже згадували у вступі, одним з ключових вимог стандарту 1000BaseT є використання кабелю категорії 5 (CAT 5) або вище. Тобто гігабітний Ethernet може працювати на існуючій кабельній структурі 5 категорії. Погодьтеся, подібна можливість дуже зручна. Як правило, всі сучасні мережі використовують кабель п'ятої категорії, якщо тільки ваша мережа не була встановлена \u200b\u200bв 1996 році або раніше (стандарт був затверджений в 1995 році). Однак тут існує кілька підводних каменів.

• Потрібно чотири пари

  Як видно з цієї статті , 1000BaseT використовує всі чотири пари кабелю категорії 5 (або вище) для створення чотирьох 250 Мбіт / с каналів. (Також застосовується і інша схема кодування - п'ятирівнева амплітудно-імпульсна модуляція - щоб залишатися в межах частотного діапазону 100 МГц CAT5). В результаті ми можемо використовувати для гігабітного Ethernet існуючу кабельну структуру CAT 5.

  Оскільки 10 / 100BaseT використовує тільки дві пари CAT 5 з чотирьох, деякі люди не підключали зайві пари при прокладці своїх мереж. Пари використовувалися, наприклад, для телефону або для живлення по Ethernet (POE). На щастя гігабітні мережеві карти і комутатори володіють достатнім інтелектом, щоб відкотитися на стандарт 100BaseT якщо всі чотири пари будуть недоступні. Тому ваша мережа в будь-якому випадку буде працювати з гігабітними комутаторами і мережевими картами, але високій швидкості за сплачені гроші ви не отримаєте.

• Не використовуйте дешеві роз'єми

  Ще одна проблема самодіяльних ставків - погана обжимка і дешеві настінні розетки. Вони призводять до невідповідностей імпедансу, в результаті чого виникають зворотні втрати, а внаслідок них і зменшення пропускної здатності. Звичайно, ви можете спробувати пошукати причину «в лоб», але все ж вам краще обзавестися мережевим тестером, який зможе виявити зворотні втрати і перехресні перешкоди. Або просто змиритися з низькою швидкістю.

• Обмеження по довжині і топології

  1000BaseT обмежений тією ж максимальною довжиною сегмента, що і 10 / 100BaseT. Таким чином, максимальний діаметр мережі становить 200 метрів (від одного комп'ютера до іншого через один комутатор). Що стосується топології 1000BaseT, то тут працюють ті ж правила, що і для 100BaseT, за винятком допустимості лише одного повторювача на сегмент мережі (або, якщо бути більш точним, на один «напівдуплексний домен колізій»). Але оскільки гігабітний Ethernet не підтримує напівдуплексний передачу, ви можете забути про останньому вимозі. Загалом якщо ваша мережа прекрасно себе відчувала під 100BaseT, у вас не повинно виникнути проблем при переході до гігабіта.

Кабель для гігабітного Ethernet, продовження

Для прокладки нових мереж найкраще використовувати кабель CAT 5e. І хоча CAT 5 і CAT 5e обидва пропускають частоту 100 МГц, Кабель CAT5e проводиться з урахуванням додаткових параметрів, Важливих для кращої передачі високочастотних сигналів.

Перегляньте наступні документи Belden, щоб докладніше дізнатися про специфікації CAT 5e кабелю (англійською):

І хоча сучасний CAT 5 кабель буде прекрасно працювати з 1000BaseT, вам краще все ж вибрати CAT 5e, якщо ви хочете гарантувати високу пропускну здатність. Якщо ж ви вагаєтеся, прикиньте вартість кабелю CAT 5 і CAT 5e і дійте за своїми коштами.

Єдине, чого вам слід уникати - рекомендацій по покупці CAT 6 кабелю для гігабітного Ethernet. CAT 6 був доданий в стандарт TIA-568 в червні 2002 року і він пропускає частоти до 200 МГц. Продавці напевно будуть вмовляти вас купити саме дорожчу шосту категорію, але вона вам знадобиться, тільки якщо ви плануєте побудувати мережу 10 Гбіт / с Ethernet по мідній проводці, що на даний момент навряд чи реально. А що щодо кабелю CAT 7? Забудьте про нього!

Якщо ж ви маєте в своєму розпорядженні гарною сумою, то краще її витратити на фахівця-сетевика, Який володіє достатнім досвідом прокладки гігабітних мереж. Фахівець зможе грамотно прокласти кабелі або перевірити вашу існуючу мережу на роботу з гігабітним Ethernet. При установці кабелю CAT 6 ми вкрай рекомендуємо звернутися за допомогою до професіоналів, оскільки цей кабель обумовлює радіус згину і спеціальні якісні роз'єми.

гигабитное обладнання

У деякому роді питання «гігабіт чи ні» міг бути предметом спору рік або пару років назад. Якщо дивитися з точки зору покупця SOHO, перехід від 10 до 10/100 Мбіт / с вже трапився. Нові комп'ютери оснащуються 10/100 Ethernet портами, маршрутизатори вже використовують вбудовані 10/100 комутатори, а не 10BaseT концентратори. Однак подібна зміна не є наслідком вимог і побажань домашніх «ставків». Вони задовольняються існуючим обладнанням.

За ці зміни нам слід дякувати корпоративних користувачів, які купують сьогодні в масових кількостях тільки 10/100 обладнання, що дозволяє опустити на нього ціни. Як тільки виробники споживчого устаткування виявили, що використовувати 10BaseT чіпи в порівнянні з 10/100 варіантів дорожче, Вони довго не роздумували.

Таким чином, вчорашня архітектура на базі 10BaseT концентраторів непомітно перейшла в сучасні 10/100 комутовані мережі. Точно такий же перехід ми випробуємо і з 10/100 на 10/100/1000 Мбіт / с. І хоча до переломного моменту залишилося ще рік або два, перехід вже почався і ціни неухильно продовжують своє падіння вниз.

Все що вам потрібно - купити гигабитную мережеву карту і гігабітний комутатор. Давайте розглянемо їх трохи докладніше.

• Мережеві карти

  Фірмові 32-бітові PCI 10/100 / 1000BaseT мережеві карти типу Intel PRO1000 MT, Netgear GA302T і SMC SMC9552TX стоять в Інтернеті від $ 40 до $ 70. Продукти виробників другого ешелону дешевше приблизно на $ 5. І хоча гігабітні мережеві карти приблизно в два з половиною рази дорожче середніх 10/100 карт, навряд чи ваш гаманець взагалі помітить якусь різницю, якщо тільки ви не купуєте їх оптовими партіями.

  Ви можете знайти мережеві карти, що підтримують не тільки 32-бітну шину PCI, але і 64-бітну, однак і коштують вони дорожче. Чого ви не побачите, так це CardBus адаптерів для ваших ноутбуків. З якихось причин виробники вважають, що ноутбуків гігабітні мережі взагалі не потрібні.

• комутатори

  А ось ціна 10/100/1000 комутаторів змушує десять разів подумати про доцільність переходу на гігабітний Ethernet. Хороша новина: сьогодні вже з'явилися прозорі гігабітні комутатори, які коштують набагато дешевше своїх керованих побратимів для корпоративного ринку.

  Простий чотирьохпортовий 10/100/1000 комутатор Netgear GS104 можна купити менше ніж за $ 225. Якщо ви зупините свій вибір на менш відомих фірмах типу TRENDnet TEG-S40TXE, то зменшите вартість до $ 150. Мало чотирьох портів - будь ласка. Восьмипортовий версія Netgear GS108 обійдеться вам приблизно в $ 450, а TRENDnet TEG-S80TXD - близько $ 280.

  З огляду на, що пятіпортовий 10/100 комутатор сьогодні коштує всього $ 20, ціни на гігабіт комусь здадуться занадто високими. Але згадайте: ще зовсім недавно ви могли купити тільки керовані гігабітні комутатори вартістю $ 100 + за порт. Ціни йдуть в правильному напрямку!

Чи доведеться міняти комп'ютери?

Відкриємо невеликий секрет гигабитного Ethernet: під Win98 або 98SE ви, швидше за все, не отримаєте ніякої переваги від гигабитной швидкості. І хоча за допомогою редагування реєстру можна спробувати поліпшити пропускну здатність, ви все одно не отримаєте істотного приросту продуктивності в порівнянні з поточним 10/100 обладнанням.

Проблема криється в TCP / IP стек Win98, який не був розроблений з урахуванням високошвидкісних мереж. У стека виникають проблеми навіть з використанням 100BaseT мережі, чого вже тоді говорити про гигабитной зв'язку! Ми ще повернемося до цього питання в другій статті, але поки що вам слід розглядати тільки Win2000 і WinXP для роботи з гігабітним Ethernet.

Останньою пропозицією ми аж ніяк нЕ маємо на увазі, що тільки Windows 2000 і XP підтримують гігабітні мережеві карти. Ми просто не перевіряли продуктивність під іншими операційними системами, так що утримайтеся, будь ласка, від уїдливих зауважень!

Якщо ви цікавитеся, чи доведеться вам викидати старий добрий комп'ютер і купувати новий для використання гігабітного Ethernet, то наша відповідь - «можливо». Судячи з нашому практичному досвіду, один герц «сучасних» процесорів дорівнює одному біту в секунду пропускної здатності мережі. Один з виробників гігабітного мережного обладнання погодився з нами: будь-яка машина з тактовою частотою 700 МГц або нижче не зможе в повній мірі використовувати пропускну здатність гигабитного Ethernet. Так що навіть з правильною операційною системою старих комп'ютерів гігабітний Ethernet - все одно, що мертвому припарки. Ви швидше побачите швидкості 100-500 Мбіт / с