W najbliższym czasie można oczekiwać bezprecedensowej liczby nowych standardów Ethernet. Jednocześnie, zamiast kolejnych wersji zwiększających przepustowość zaczną się pojawiać rodziny standardów opartych na tej samej technice sterowania sygnałami.
Przez 27 lat istnienia technologii Ethernet pojawiło się 6 jej wersji zapewniających coraz większą przepustowość sieci – 10 Mb/s, 100 Mb/s, 1 Gb/s, 10 Gb/s, 40 Gb/s oraz 100 Gb/s. W najbliższych trzech latach powstanie najprawdopodobniej, aż sześć kolejnych, zgodnych ze standardami odmian tej technologii, które będą oferowały przepustowości 2,5 Gb/s, 5 Gb/s, 25 Gb/s, 50 Gb/s, 200 Gb/s i 400 Gb/s. W środowisku naukowców i inżynierów zajmujących się rozwijaniem technologii sieciowych trwają obecnie intensywne prace nad przygotowaniem nowych standardów.
Zwiększanie wydajności Ethernet było z reguły wynikiem rosnących wymagań i pojawiającego się na rynku zapotrzebowania na wyższą przepustowośc sieci.
Ale sukces technologii Ethernet praktycznie we wszystkich segmentach rynku spowodował, że nastąpiło rozwarstwienie popytu. Pierwsze tego oznaki pojawiły się około 10 lat temu, gdy zdano sobie sprawę, że wydajność serwerów rośnie wolniej niż wymagania na przepustowość sieci. Doprowadziło to do pojawienia się, nietypowej wcześniej, wersji standardu Ethernet 40 Gb/s. Była ona adresowana do zastosowań w centrach danych jako interfejs dla serwerów przetwarzających dane zastępujący zbyt wolny Ethernet 10 Gb/s, a opracowywana równolegle wersja 100 Gb/s była standardem dla systemów sieciowych mających wyższe wymagania na przepustowość.
W praktyce jednak zastosowania Ethernet rozmijają się czasami z przewidywaniami twórców kolejnych wersji standardu. Okazało się, że zamiast wykorzystywać Ethernet 40 Gb/s jako jednolity interfejs serwerowy, na rynku spopularyzowały się rozwiązania stosujące mieszane systemy 40 Gb/s i 10 Gb/s, bo to zmniejszało koszty pozwalając jednocześnie na dalszy rozrost dużych centrów danych.
Tego typu systemy spowodowały zasadniczą zmianę koncepcji leżącej u podstaw jednolitej, wielowarstwowej sieci Ethernet, czego efektem jest właśnie wprowadzanie nowych wersji standardu dopasowanych do obsługi aplikacji o różnych wymaganiach na przepustowość, a nie jak dotąd wprowadzania interfejsów do których dostosowywano aplikacje.
Na świecie zainstalowanych jest obecnie około 70 mln km okablowania Cat 5e i Cat 6, którego nie można podłączyć do interfejsów 10 GbE. Fakt ten nie mógł zostać niezauważony i w efekcie doprowadził do opracowania standardów 2,5 GbE oraz 5 GbE BASE-T. Te nowe specyfikacje pozwalają na wykorzystanie istniejącej infrastruktury okablowania na przykład do uruchomienia bezprzewodowej sieci 802.11ac, której wymagania na przepustowość sieci przekraczają to co oferuje obecnie popularny standard 1 Gb/s Ethernet.
Z kolei popularyzacja centrów danych wykorzystujących mieszane systemy 10/40 GbE uświadomiła, że należy zmienić dotychczasowe koncepcje leżące u podstaw architektury sieci Ethernet.
Już obecnie widać potrzebę zwiększenia gęstości portów 100 GbE. Najprostszym rozwiązaniem jest tu zmniejszenie szerokości interfejsu z 10 kanałów o wydajności 10 Gb/s do 4 kanałów o przepustowości 25 Gb/s każdy.
Po drugie już widać, że wkrótce na rynku pojawi się zapotrzebowanie na interfejsy o przepustowości większej niż 100 Gb/s. Dlatego też pojawił się projekt opracowania standardu 400 Gb/s Ethernet.
Opracowanie standardu 400 Gb/s stawia nowe wyzwania i wymaga zastosowania innych technologii niż w przypadku poprzednich wersji Ethernet. Jest przynajmniej kilka rozwiązań, których wykorzystanie jest obecnie brane pod uwagę.
W przypadku światłowodów wielomodowych MMF o zasięgu ponad 100 metrów rozważane jest zastosowanie wiązki 8 linii o przepustowości 25 Gb/s każda. Jeśli chodzi o światłowody jednomodowe SMF to przewiduje się zastosowanie włókien zapewniających wydajność 50 Gb/s lub więcej oraz schematu modulacji amplitudy PAM4 (Pulse Amplitude Modulation).
Przy zasięgu ok. 500 metrów można będzie zastosować kabel z czterema włóknami światłowodowymi o przepustowości 100 Gb/s każde oraz modulację PAM4. Dla większych odległości – 2 lub 10 km, możliwe będzie zwiększenie liczby częstotliwości transmitowanych fal lambda, na przykład do 8, przy przepustowości 50 Gb/s.
Na razie nie wiadomo jeszcze, które rozwiązania zostaną ostatecznie wybrane, jako podstawa nowej specyfikacji.
Ale, gdy wciąż trwają dyskusje nad standardem o wyższej wydajności, pojawiły się też nowe koncepcje.
Opracowano techniki sterowania sygnałami o szybkości 25 Gb/s, które pozwalają na współpracę z interfejsami 100 GbE. Tego typu rozwiązanie może zostać zastosowane w serwerach wykorzystujących łącza sieciowe o przepustowości 100 Gb/s w podobny sposób, jak jest to w przypadku systemów integrujących interfejsy 10 i 40 Gb/s.
Standard 25 GbE jest już prawie gotowy i zostanie niedługo opublikowany.
Jednocześnie dla potrzeb standardu 400 GbE opracowywane są nowe techniki sterowania sygnałami transmitowanymi z szybkością 50 Gb/s. Można je wykorzystać do budowy interfejsów przeznaczonych dla serwerów nowej generacji, które będą wymagały przepustowości wyższej niż 25 Gb/s.
Te wszystkie nowe standardy Ethernet powodują jednak pewne zamieszanie i wywołują pytania: jak wybrać najlepsze rozwiązanie sieciowe?
Biorąc pod uwagę rynkowy sukces systemów wykorzystujących interfejsy 10/40 GbE oraz przewidywaną popularyzację rozwiązań 25/100 GbE, można przyjąć, że w przypadku serwerów optymalnym rozwiązaniem będzie wybór interfejsów o maksymalnej, niezbędnej aktualnie przepustowości oraz złącza sieciowego o 4-krotnie większej wydajności.
Schemat ten będzie dalej rozwijany. Rozpoczęły się bowiem prace nad kolejną specyfikacją 200 GbE, która umożliwi budowę systemów wykorzystujących interfejsy serwerowe i sieciowe według schematu 50/200 Gb/s.
Dotychczasowa ewolucja Ethernet zasadniczo zmieniła swój charakter. Zamiast kolejnych pojedynczych standardów systematycznie zwiększających przepustowość przeznaczonych do uniwersalnych zastosowań w każdym urządzeniu i aplikacji, pojawiają się rodziny specyfikacji oparte na tej samej technice sygnalizacji oferujące podstawową przepustowość oraz jej 4-krotność.
Pierwszym tego typu rozwiązaniem są systemy 10/40 Gb/s, kolejnymi będą 25/100 Gb/s oraz 50/200 Gb/s.
Logicznym rozszerzeniem tej koncepcji mogą być rozwiązania wykorzystujące dwu lub ośmiokrotne zwiększanie podstawowej przepustowości złącza. W tym ostatnim przypadku można oczekiwać, że kolejny standard Ethernet będzie miał wydajność 800 Gb/s i wykorzystywał 8 kanałów transmisyjnych opartych na interfejsach 100 Gb/s PAM4.
John D’Ambrosia jest przewodniczącym organizacji Ethernet Alliance, a jednocześnie głównym inżynierem w firmie Huawei. Tekst opracowano na podstawie artykułu opublikowanego w Network World.
Ukryj panel
