pro návrat na domovskou stránku klikni
tiráž článku
Vyšlo v týdeníku CHIPweek č. 26/97, 24. června 1997
Modul: Ethernet>
v rámci seriálu Principy počítačových sítí
díl/část č.: 10

předchozí část  |  první část  |  další část
Rok: 1997
Měsíc: 26
Den: 01
sdílení a tisk
související články

Stomegabitový Ethernet

Přenosová rychlost 10 megabitů za sekundu, kterou Ethernet dostal do vínku již při svém zrození, byla ve své době nejspíše dostatečná, vzhledem k tehdy provozovaným aplikacím a jejich nárokům. Dnes jsou ale nároky síťových aplikací podstatně vyšší, a těmto zvýšeným nároků se nakonec musel přizpůsobit i Ethernet.

Připomeňme si nejprve to, co jsme si o Ethernetu již dříve podrobněji popisovali: totiž že byl koncipován spíše s očekáváním menšího vytížení, a tomu pak bylo uzpůsobeno i jeho celkové fungování, které je velmi efektivní při nízké zátěži, zatímco při vyšších zátěžích se Ethernet přestává chovat příliš efektivně, a jeho vlastní režie (způsobovaná především nárůstem kolizí) se zvětšuje. S efektivním chováním při nízkých zátěžích pak velmi úzce souvisí i celkově nedeterministický charakter Ethernetu, který nedává nikomu stoprocentní jistotu, že vůbec bude moci kdy něco odvysílat (což je dáno celkovou koncepcí přístupové metody CSMA/CD, kterou Ethernet používá).

Když pak došlo na úvahy o radikálním zrychlení Ethernetu, tak aby vyhověl i vyšším požadavkům současných síťových aplikací, zcela zákonitě padla otázka, zda je dosavadní koncepce Ethernetu natolik optimální, že by měla být zachována bez jakékoli změny, nebo zda by se případně některé vlastnosti Ethernetu neměly pozměnit.

Rychlejší Ethernet, ale beze změn

V praxi se pak začaly rýsovat dva přístupy: první z nich požadoval pouze zvýšit přenosovou rychlost Ethernetu, a to hned na desetinásobek, a všechno ostatní ponechat bez jakékoli změny. Hlavním argumentem zastánců tohoto řešení bylo to, že důležitost a význam některých nevýhod stávajícího Ethernetu je menší než potřeba zachovat maximální možnou návaznost na již instalovanou základnu. Pokud by se totiž důsledně zachovaly všechny vlastnosti stávajícího Ethernetu (kromě samotné přenosové rychlosti), pak by skutečně bylo velmi snadné zkombinovat novou rychlejší verzi Ethernetu s verzí stávající: jednoduché by byly přechody mezi oběma variantami, a z pohledu aplikací a síťových protokolů by se vlastně vůbec nic nezměnilo - aplikace, používané v Ethernetových sítích, by se vůbec nemusely měnit, dokonce včetně systémových programů pro monitorování a správu sítě. Pouze by všechno fungovalo desetkrát rychleji.

S konkrétním návrhem nové verze Ethernetu, který vycházel z právě popsaného přístupu, přišla poprvé nepříliš známá firma Grand Junction, a to již v listopadu 1992.

Rychlejší Ethernet, ale se změnami

Druhý přístup byl založen na předpokladu, že některé vlastnosti původního Ethernetu se příliš neosvědčily, a že je rozumné je nahradit, resp. pozměnit. Za hlavní nedostatek Ethernetu přitom byl považován jeho nedeterminismus, daný použitou přístupovou metodou CSMA/CD - zastánci druhého přístupu navrhovali nahradit metodu CSMA/CD jinou přístupovou metodou.

Velmi silným argumentem ve prospěch tohoto přístupu byl fakt, že od vzniku prvotní koncepce Ethernetu došlo k zásadní změně kabeláže, na které je Ethernet provozován. Nedeterministický charakter metody CSMA/CD a s ní i celého Ethernetu vycházel z fyzicky sdílené povahy koaxiálního kabelu jako přenosového média, které všechny uzly skutečně musí sdílet. Jakmile ale Ethernet přešel na rozvody z kroucené dvoulinky, předpoklad o sdíleném přenosovém médiu přestal platit - místo toho každý uzel získal svou vlastní přípojku k nejbližšímu přípojnému místu (rozbočovači, alias hub-u), kterou již nemusel s nikým sdílet.

Rozhodování mezi rychlejším Ethernetem beze změn nebo se změnami pak vlastně bylo rozhodováním o tom, zda má být tato zásadní změna ve vlastnostech kabeláže reflektována, nebo nikoli. Zastánci rychlejšího Ethernetu se změnami navrhovali využít dedikovaných přípojek k tomu, aby se každý koncový uzel mohl kdykoli "přihlásit o slovo" u nejbližšího rozbočovače (což je díky dedikovanému charakteru přípojek možné, a to bez narušení právě probíhající komunikace jiných uzlů). Tím by se dalo poměrně snadno dosáhnout deterministického chování, protože pro rozbočovač (resp. rozbočovače, ve vzájemné spolupráci) není velkým problémem řízeným způsobem rozhodovat o tom, čí požadavek má být kdy vyslyšen. Dokonce je při takovémto řešení možné zavést i různé priority požadavků.

Konkrétní návrh řešení rychlého Ethernetu, který vycházel z této koncepce, připravila firma Hewlett-Packard. Základem jejího návrhu byla nová přístupová metoda, která měla nahradit dosavadní metodu CSMA/CD. Nová přístupová metoda se jmenovala Demand Priority.

Co je a co není Ethernet?

První verze obou právě popsaných návrhů se již v listopadu roku 1992 sešly na stole pracovní skupiny 802.3 společnosti IEEE, zabývající se standardy Ethernetu. Ta pak měla před sebou skutečné dilema: má jeden ze dvou konkurenčních návrhů vybrat, druhý zamítnout a ponechat tak pouze jeden standard vysokorychlostního Ethernetu? To by asi nejlépe odpovídalo celkovému poslání standardizačního orgánu, který by měl usilovat o jednotnost, a ne o dvojkolejnost a duplicitu. Na druhé straně oba návrhy byly smysluplné a měly mnoho zřejmých výhod, takže by bylo škoda je zahodit. Nakonec se po určitém váhání dospělo k šalamounskému řešení: přijaty a standardizovány budou oba návrhy, ale pouze jeden z nich jako vysokorychlostní Ethernet (a to ten, který nepředpokládal žádné změny, resp. počítal se zachováním přístupové metody CSMA/CD). Druhý standard byl shledán příliš odlišným od klasického Ethernetu, a byl svěřen ke standardizaci nové pracovní skupině, která byla za tímto účelem nově vytvořena. Nakonec se z tohoto návrhu skutečně stal standard IEEE, známý jako 100VG-AnyLAN - tedy bez přívlastku "Ethernet", který si nakonec ponechal pouze první návrh, přijatý pod názvem 100BaseT, a neformálně označovaný jako Fast Ethernet (doslova: rychlý Ethernet).

Faktické rozhodnutí o tom, který z obou návrhů je životaschopnější a pro praxi vhodnější, nakonec provedla neviditelná ruka trhu. Dnes již je vcelku zřejmé, že mnohem větší úspěch zaznamenal Fast Ethernet, zatímco koncepčně zralejší a celkově efektivnější 100VG-AnyLAN dosáhnul mnohem skromnějšího úspěchu. Svou roli v tom možná sehrála i terminologie: klíčové slovo "Ethernet" znalo mnoho lidí, zatímco "100VG-AnyLAN" znělo možná až příliš nově.

Kabeláž pro rychlý Ethernet

Obrázek 1.
Představa vývojových variant stomegabitového Ethernetu
Již při standardizaci rychlého Ethernetu (ve verzi Fast Ethernet, resp. 100BaseT, tj. "beze změn") se hledaly cesty, jak jej provozovat na nejrůznějších druzích kabeláže. O koaxiálních kabelech se již neuvažovalo, ale velká pozornost byla věnována jak možnosti využití "lepší" kroucené dvoulinky (kategorie 5), tak i původně používané dvoulinky (kategorie 3), dimenzované na desetimegabitový Ethernet (a původně pro telefonii). Stejně tak byla požadována i možnost provozování rychlého Ethernetu po optickém vláknu, v případě potřeby překlepnutí větších vzdáleností - jednou z daní, kterou bylo nutné zaplatit za desetinásobné zvýšení nominální přenosové rychlosti, totiž bylo zkrácení maximálního možného dosahu jednotlivých kabelových segmentů (podrobněji se k tomu dostaneme příště).

Nakonec tedy byly pro potřeby stomegabitového Ethernetu přijaty celkem tři dílčí standardy, umožňující provozovat novou verzi Ethernetu po jednotlivých druzích kabeláže: standard 100BaseTX, pro provozování rychlého Ethernetu nad dvěma páry kroucené dvoulinky kategorie 5, standard 100BaseFX předpokládající dvě optická vlákna, a standard 100BaseT4, který dokáže vystačit s kroucenou dvoulinkou kategorie 3, zato jí ale vyžaduje na každou přípojku celkem 4 páry! Dohromady jsou pak tyto tři standardy souhrnně označovány také jako 100BaseX.


© Jiří Peterka, 2011, profil na Google+