Описание стандарта 10-Gigabit Ethernet
Новый стандарт прежде всего обеспечивается сохранением стандартного протокола MAC, формата Ethernet-пакетов 802.3 и диапазона допустимых размеров пакетов. Поэтому устройства, соответствующие новому стандарту, смогут взаимодействовать с оборудованием предыдущих разновидностей Ethernet, а значит, сделанные в него инвестиции не обесценятся
Вместе с тем 10-гигабитные сети будут отличаться от своих предшественников не только возросшей скоростью передачи. Во-первых, транспортировка трафика в них будет осуществляться только в дуплексном режиме. Это позволит отказаться от протокола CSMA/CD, который сильно сдерживал производительность сетей Ethernet. Во-вторых, в сетях 10GE будут использоваться преимущественно волоконно-оптические соединения.
Ориентация на оптику заставила прямо указать в стандарте допустимые виды оптического волокна и алгоритмы передачи. Несмотря на то, что формально протокол Ethernet относится ко второму уровню эталонной модели OSI, ни один из принятых стандартов Ethernet не обходит стороной физическую среду передачи.
В архитектуре Ethernet физический уровень (PHY) разделяется на подуровень, зависящий от среды (PMD), и кодирующий подуровень PCS. Спецификации 802.3ae определяют два физических интерфейса: для локальных (LAN PHY) и глобальных (WAN PHY) сетей, причем второй фактически является расширением первого. Оба они используют один и тот же подуровень PMD и, следовательно, поддерживают одинаковые длины соединений.
Отличие между LAN- и WAN-интерфейсами существует лишь на уровне кодирования. Основное назначение интерфейса LAN PHY — в увеличении пропускной способности существующих гигабитных сетей Ethernet. Предполагается, что со временем он найдет применение в коммутируемых оптических средах, подключаемых к глобальным магистралям.
Существенной особенностью нового стандарта является способность оборудования 10GE взаимодействовать с сетями SONET/SDH, которая означает возможность передавать пакеты Ethernet по каналам SONET/SDH с высокой эффективностью.
В результате экспансия технологии Ethernet на распределенные городские сети, которая началась с появлением стандарта Gigabit Ethernet (802.3z), теперь распространится на сети глобальные. Именно этой цели служит интерфейс WAN PHY. Поддержка упрощенного формата кадров SONET/SDH — главное, что отличает два физических интерфейса друг от друга. Поскольку полоса пропускания интерфейсов SONET OC-192/SDH STM-64 мало отличается от таковой для 10GE (9,29 и 10 Гбит/с соответственно), разработка единого протокола MAC для двух физических интерфейсов с близкими значениями скорости передачи не вызвала особых затруднений.
В то же время в целях значительного удешевления будущего оборудования 10GE члены рабочей группы 802.3 отказались от достижения полной совместимости с сетями SONET/SDH. В частности, допустимая нестабильность задержки передачи, методы синхронизации и ряд оптических характеристик сетей SONET/SDH не получили отражения в подготовленном стандарте. 10-гигабитный Ethernet, как и следовало ожидать, остался асинхронным протоколом.
Для кодирования данных на физическом уровне выбран алгоритм 64/66b вместо 8/10b, используемого в сетях Gigabit Ethernet. Это позволило повысить эффективность использования полосы пропускания: если в сетях 1000Base-T для достижения информационной пропускной способности 1 Гбит/с требовалась физическая полоса 1,25 Гбит/с, то в 10-гигабитных сетях вполне достаточно 3-процентного превышения (10,3 Гбит/с).
Платой за возросшую эффективность являются ограниченные возможности исправления ошибок передачи. Только внедрение алгоритма упреждающей коррекции ошибок (Forward Error-Correction, FEC) и усовершенствованных методов восстановления сигналов позволило удержать надежность сетей Ethernet на прежнем уровне.
Что же касается интерфейсов, зависящих от среды передачи, то из исходного многообразия потенциальных вариантов в окончательной версии стандарта останутся пять — два для многомодового и три для одномодового волокна. На применение в локальных сетях в первую очередь ориентирован интерфейс спектрального мультиплексирования (WWDM) на длине волны 1310 нм. Используемое при этом многомодовое волокно (62,5/125 мкм) является в настоящее время наиболее распространенным, а длина соединений 300 м — довольно высока по меркам локальных сетей Ethernet. В другом интерфейсе для локальных сетей задействовано менее популярное многомодовое волокно 50/125 мкм. При этом рабочая длина волны составляет 850 мкм. Данный интерфейс оставлен в окончательной версии стандарта в основном по экономическим соображениям: он предлагает недорогой вариант организации высокоскоростных соединений между серверами.
Остальные интерфейсы рассчитаны на применение в магистральных каналах городских и глобальных сетей. Максимальная длина соединения доведена до 40 км (в стандарте 802.3z она равнялась 5 км).