Ethernet вчера и сегодня

Термин «Ethernet» впервые был введен 1976 г. Робертом Меткалфом в статье «Ethernet: технология распределенной коммутации пакетов для локальных вычислительных сетей». Однако этому предшествовали многочисленные эксперименты в исследовательском центре Xerox в Пало Альто, где была построена экспериментальная сеть со скоростью передачи 2,94 Мбит/с — прообраз Ethernet. В начале 1980 г. Xerox, DEC и Intel представили разработку, которая спустя три года воплотилась в стандарте IEEE 802.3, в результате чего Ethernet превратилась в открытую технологию. IEEE неоднократно дорабатывал спецификации Ethernet. Переход на недорогую неэкранированную «витую пару» породил новую разновидность Ethernet — 10BaseT, а применение волоконно-оптического кабеля для удаленных коммуникаций потребовало создания спецификации 10BaseF (до 2 км). Недорогим методом повышения производительности сети стала коммутация (см. Рисунок 1). Быстрая эволюция привела к созданию спецификаций с поддержкой скорости 100 Мбит/с (Fast Ethernet) по двум (100BaseTX) и четырем (100BaseT4) медным витым парам на расстоянии до 100 м, оптическому волокну (100BaseFX) на дальних расстояниях, а вскоре появились гигабитные версии для оптики и меди.

Простейшие сетевые устройства для связи нескольких узлов позволяли в каждый момент времени осуществлять передачу только одному компьютеру. С увеличением числа компьютеров конкуренция за кабель и количество коллизий росли, а эффективная скорость передачи данных падала. Решить проблему позволили коммутаторы, осуществляющие не
широковещательную рассылку пакетов всем подключенным устройствам, а отправляющие их только адресату (по его MAC-адресу). В коммутируемой сети реальная скорость увеличивается с 1-4 до 10 Мбит/с.

В 1993 г. в качестве альтернативы Fast Ethernet компании AT&T и HP предприняли попытку создания 100VG-AnyLAN — расширения 100BaseT, объединяющего поддержку Ethernet и Token Ring. Двумя годами позже 100VG-AnyLAN даже получила статус стандарта IEEE 802.12. В противовес принятому в Ethernet методу случайного доступа CSMA/ CD в ней были определены метод доступа Demand Priority и новая схема квартетного кодирования (Quartet Coding) с избыточным кодом 5В/6В. Эта технология отвечала требованиям приложений с гарантированным временем реакции сети, но испытания временем она не выдержала.

Надежды на широкое внедрение в локальных сетях других технологий с более высоким качеством обслуживания по сравнению с Ethernet, таких, как ATM, не оправдались, — простота, распространенность и низкая стоимость Ethernet оказались более привлекательным фактором. К 1997 г. на ее долю приходилось более 80% локальных сетей, она поддерживалась во всех популярных на тот момент стеках протоколов — TCP/IP, IPX и DECNet.

Коммутаторы (см. Рисунок 2) используются сегодня на всех уровнях сети, обеспечивая взаимодействие компьютеров в рабочих группах, их соединение с сетью и коммуникации между отдельными сетями. Современные коммутаторы поддерживают разнообразные дополнительные функции, в том числе определение приоритетов трафика, регулирование качества обслуживания (QoS), управления сетью и безопасность.

Такая распространенная некогда конфигурация локальной сети Ethernet сегодня встречается редко: скорости выросли на порядок, а подешевевшие коммутаторы практически вытеснили концентраторы.

Потребность в подключении локальной сети к распределенной корпоративной сети или к Internet и в объединении нескольких локальных сетей привела к появлению маршрутизаторов (см. Рисунок 3). В функции маршрутизаторов входило принятие решения по выбору маршрута доставки пакетов, в том числе на основании различных параметров (загруженность, стоимость маршрута и т. д.). В современных маршрутизаторах применяется сложная аппаратная и программная технология, а два десятилетия разработки позволили создать оборудование, с помощью которого можно строить сети на базе протокола IP любого масштаба. Так что маршрутизаторы по праву составляют основу глобальной сети Internet.

Архитектура высокоскоростного маршрутизатора. Линейный модуль содержит компоненты физического уровня для интерфейса внешнего канала передачи данных с коммутирующей матрицей. Коммутирующая матрица соединяет компоненты маршрутизатора и обеспечивает более высокую пропускную способность, чем общая шина. Механизм продвижения пакетов (форвардинга) анализирует заголовки, определяет исходящий линейный модуль и формирует новый заголовок. Сетевой процессор выполняет сетевые протоколы, обрабатывает маршрутные таблицы, передавая эту информацию механизмам продвижения, и отвечает за управление сетью.

Насчитывающая уже более чем 30-летнюю историю технология Ethernet сегодня завоевывает новые позиции. Изначально предназначавшаяся для локальных сетей, она вытеснила из них таких конкурентов, как ARCNet и Token Ring, и сегодня ее доля приближается к 100%. Хотя оборудование Fast Ethernet все еще составляет основную инсталлированную базу (порядка 80%), все активнее идет процесс перехода к гигабитным скоростям. Поставщики активного и пассивного сетевого оборудования для локальных сетей концентрируют свое внимание на продуктах «гигабит до рабочего стола».

Благодаря повышению скорости и качества услуг, Ethernet распространяется на смежные области — сети хранения данных, распределенные корпоративные и городские сети (Metro Ethernet), глобальные сети и сети доступа, что позволяет снизить стоимость предоставления услуг передачи голоса, видео и данных. Она становится основой конвергентных сетей нового поколения и применяется для прозрачного соединения удаленных офисов (L2 VPN, Ethernet over SDH). Стандарты IEEE, где определяются методы приоритезации трафика, назначения тегов, управления пропускной способностью, быстрой реконфигурации и резервирования ресурсов сети, позволяют обеспечить гарантированную доставку пакетов для критичных ко времени приложений.

Принятие стандарта 10 Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ae) в 2002 г. способствовало дальнейшей экспансии Ethernet в городские и глобальные сети. Ethernet широко используется в промышленных приложениях и для передачи голосовых потоков, а на уровне глобальных сетей является эффективной технологией доставки трафика IP. Поддержка большим числом производителей ведет к удешевлению оборудования Ethernet.