Switched Ethernet - mnoho povyku pro nic, nebo skutečné zlepšení?

Jednou ze zajímavých novinek na prvním ročníku výstavy Exponet '94 ve Vídni byl tzv. přepojovaný Ethernet (Switched Ethernet). O co vlastně jde?

Počítačové sítě typu Ethernet, resp. sítě dle standardu IEEE 802.3, jsou založeny na použití jednoho společného přenosového média (kterým může být tzv. tlustý či tenký koaxiální kabel, kroucená dvoulinka, a v některých případech i optické vlákno). Data jsou po tomto společně sdíleném médiu přenášena rychlostí 10 Mb/s.

Na první pohled by se jistě mohlo zdát, že je to docela dost. Stačí si ale uvědomit, že oněch báječných 10 Mb/s mají všechny připojené počítače dohromady! Budou-li spolu komunikovat jen dva počítače, pak skutečně mají k dispozici "plných" 10 Mb. Budou-li však vzájemně komunikovat dvě dvojice počítačů, připadne na každou z nich jen 5 Mb, při čtyřech současně komunikujících dvojicích to bude již jen 2,5 Mb atd. Tato čísla jsou navíc jen nominální přenosovou rychlostí - skutečně dosahovaný přenosový výkon bývá nižší (například jen poloviční či třetinový).

Báječně rychlý Ethernet se tedy může velmi snadno stát neúnosně pomalým. Lze mu nějak pomoci?

Klasické řešení předpokládá použití tzv. mostů (bridges), případně tzv. směrovačů (routers). Tato zařízení umožňují spojit dva či více kabelových segmentů (resp. rozdělit jeden velký segment na několik menších, vzájemně propojených segmentů). Hlavně ale dokáží rozumně hospodařit s přenosovou kapacitou jednotlivých segmentů - pokud spolu například komunikují dva počítače v jednom segmentu, je zcela zbytečné, aby tato jejich komunikace bez užitku "pronikala" i do segmentů ostatních, a zde bránila jiným přenosům, resp. ubírala jim dostupnou přenosovou kapacitu. Zařízení typu mostu či směrovače dokáže rozpoznat, které přenášené bloky dat (rámce) mohou zůstat lokálně v určitém segmentu, a do ostatních segmentů je nepropouští. Podobně v situacích, kdy dochází k přenosu mezi uzlovými počítači v různých segmentech, dokáží mosty (i směrovače) předávat přenášená data jen do těch segmentů, kterých se to skutečně týká (a do ostatních nikoli). Takovýmto způsobem pak mosty i směrovače umožňují dosáhnout takového stavu, kdy všechny uzlové počítače dané sítě mají dohromady k dispozici větší přenosovou kapacitu, než jaká odpovídá oněm nominálním 10 Mb/s.

Nevýhodou tohoto řešení je skutečnost, že jak mosty, tak i směrovače pracují na principu "store and forward" (neboli: přijmi a předej dál). Každý přenášený blok dat (rámec či paket) tedy tato zařízení nejprve celý přijmou do své vnitřní paměti a teprve pak se rozhodnou, co a jak s ním učiní - například do kterého segmentu jej následně odešlou. Přitom ale vzniká nezanedbatelné zpoždění (v odborné literatuře se často uvádí 800 mikrosekund na jeden rámec v případě mostu, a 1 800 mikrosekund na jeden paket u směrovače, i když tato čísla se mohou v konkrétních případech výrazněji lišit). Pokud přenášená data postupně procházejí přes více takovýchto zařízení, jednotlivá zpoždění se sčítají, a výsledné zpoždění může dosahovat nepříjemně vysokých hodnot - v některých případech až neúnosných.

Se zajímavou alternativou přišla v březnu roku 1990 firma Kalpana, Inc., když uvedla na trh svůj produkt, nazvaný EtherSwitch. Jde ve své podstatě o zvláštní druh mostu, který ale nepracuje na principu "store and forward". Místo toho, aby nejprve přijal celý síťový rámec, počká si pouze na jeho prvních šest bytů (obsahujících adresu příjemce), a pak jej ihned začne vysílat do toho segmentu, ve kterém se příslušný příjemce nachází. EtherSwitch je tedy vlastně "průchozí", a jednotlivé rámce jím prochází prakticky s nulovým zpožděním (přesněji: se zpožděním cca 40 mikrosekund, což je asi 20x méně než u běžného mostu).

Způsob fungování zařízení EtherSwitch lze připodobnit k fungování telefonní ústředny (však také anglické "switch" znamená ústřednu), která přepojuje telefonní hovory mezi dvojicemi účastníků - každá z těchto dvojic pak má k dispozici vlastní telefonní okruh, v našem případě má jen a jen pro sebe samostatný kanál s přenosovou rychlostí 10 Mb/s (viz obrázek).

Firma Kalpana samozřejmě nezůstala se svou koncepcí přepojovaného Ethernetu (Switched Ethernet) sama. Časem ji následovaly i další firmy, které uvedly na trh obdobné produkty. Na vídeňské výstavě ExpoNet byla kromě původních zařízení EtherSwitch firmy Kalpana k vidění také obdobná ústředna od firmy Ungermann-Bass (nazvaná DragonSwitch, konstrukčně realizovaná jako zásuvný modul do skříní řady Access/One firmy Ungermann-Bass). Jak mi ale sdělil přítomný zástupce firmy, jejich ústředna pracuje na principu "store and forward" - čímž nutně přichází o hlavní výhodu (malé zpoždění procházejících paketů), a má tak mnohem blíže ke klasickému mostu.

Skutečný přínos "přepojovaného Ethernetu" a příslušných ústředen není snadné objektivně zhodnotit. Záleží totiž velmi podstatně i na tom, v jaké síti je toto řešení využíváno, při jakém druhu provozu atd.

Výrobci příslušných zařízení samozřejmě uvádějí, že jde o zcela zásadní a převratný objev, který jednou provždy vyřeší veškeré problémy uživatelů s nedostatkem přenosové kapacity v jejich sítích. V diskusi, která na téma přepojovaného Ethernetu před časem proběhla v tzv. NEWS (počítačových konferencích v rámci sítě USENET), však převládaly spíše pesimistické názory, považující vše za pouhou reklamní kampaň. Dlužno ovšem dodat, že i zde se objevilo několik příspěvků od konkrétních uživatelů, kteří si ústřednu EtherSwitch pořídili a ve svých sítích zaznamenali výraznou změnu k lepšímu.