Quo vadis, Ethernet?
Nejpoužívanější přenosovou technologií lokálních sítí je dnes bezesporu Ethernet. Jeho koncepce však pochází z doby, kdy možnosti výrobních technologií i požadavky uživatelů byly dosti odlišné od těch dnešních. Ethernet sice jistou dobu odolával změnám ve svém okolí, ale pak se i on musel přizpůsobit. K jakým změnám tedy v Ethernetu došlo, a kam vůbec jeho vývoj směřuje?
Počátky Ethernetu se datují do roku 1973, kdy ve výzkumném středisku PARC (Palo Alto Research Center) firmy Xerox skupina odborníků kolem Roberta Metcalfa pracovala na vývoji přenosové technologie, vhodné pro potřeby lokálních počítačových sítí (viz též [1]). Jejich návrh přitom vycházel z potřeb vzájemného propojování počítačů Alto (předchůdců dnešních výkonných pracovních stanic), které se v té době ve středisku PARC vyvíjely.
Samotné počítače Alto však příliš velkou díru do světa neudělaly. Pro ně vyvíjený Ethernet se ovšem ukázal mnohem životaschopnější - natolik, jeho prvotní verze přilákala pozornost dalších dvou firem (DEC a Intel), a ty pak spolu s firmou Xerox pokračovaly v jeho dalším vývoji v rámci společného projektu (zahájeného v roce 1979). V roce 1980 byla koncepce Ethernetu předložena společnosti IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) a její pracovní skupině 802.3. Ta ji s drobnými úpravami převzala, a posléze vydala jako svůj standard. Souběžně s přijímáním tohoto standardu v rámci IEEE však pokračovaly další vývojové práce na Ethernetu ve středisku PARC, a v roce 1982 vyústily v novou verzi Ethernetu (označovanou jako Ethernet II či DIX Ethernet) - ne zcela shodnou s verzí IEEE 802.3 (viz též [1]).
Jaký byl původní Ethernet?
Podoba Ethernetu, vzniklá na přelomu sedmdesátých a osmdesátých let ve středisku PARC, vycházela na jedné straně z určitých potřeb, a na druhé straně z možností, daných tehdejší technologickou základnou. Výsledkem pak nutně musel být určitý kompromis. V čem ale spočíval, a jak se projevil na relevantních vlastnostech Ethernetu?
Odpověď můžeme hledat v několika relativně samostatných oblastech:
- v přenosové rychlosti (10 Mbps),
- v přístupu k využití celkové přenosové kapacity,
- ve fyzické topologii a použité kabeláži (sběrnice a tlustý koaxiální kabel),
- v použité přístupové metodě (CSMA/CD).
Je 10 Mbps dost, nebo málo?
V době, kdy podoba Ethernetu vznikala, nejspíše nikoho nenapadlo, že by 10 Mbitů za sekundu mohlo být málo. Bylo to v době, kdy vládu ve svých rukou pevně třímala příkazová řádka a s ní textově orientované aplikace, zatímco náročných grafických aplikací bylo poskrovnu, a o graficky orientovaných rozhraních se uživatelům mohlo jen zdát. Ještě podstatnější však zřejmě byla jiná skutečnost: totiž že drtivá většina tehdejších aplikací s existencí lokální sítě vůbec nepočítala, a tudíž ji ani významněji nezatěžovala. Však také hlavním důvodem pro budování lokálních počítačových sítí byla potřeba transparentního sdílení souborů a dalších systémových zdrojů (tiskáren apod.). No a k těmto účelům bylo 10 Mbps plně postačujících - alespoň na straně uzlů, vystupujících v roli pracovních stanic.
Deset megabitů za sekundu může plně postačovat i v dnešní době - například již jen proto, že běžný počítač PC se standardní sběrnicí ISA po síti ani rychleji komunikovat nedokáže (to zvládají až počítače se sběrnicemi MCA, EISA či s lokálními sběrnicemi). Vyšší přenosové rychlosti tedy mají smysl jen pro takové počítače, které k tomu mají vhodné technické předpoklady.
I pro výkonné počítače však může být deset megabitů plně postačujících. Záleží totiž na tom, v jaké roli vystupují v rámci lokální sítě, a jaké aplikace jsou na nich provozovány. Například když dostatečně výkonný počítač vystupuje vůči většímu počtu pracovních stanic v roli jejich file serveru, může pro něj být oněch deset megabitů skutečně málo. Ale pokud obsluhuje jen několik málo svých klientů, může s 10 Mbps vcelku dobře vystačit. Stejně tak s nimi mohou vystačit i některé další druhy serverů, jako například print servery či různé komunikační servery. V případě počítačů, na kterých jsou provozovány serverové části aplikací typu klient/server, pak záleží na způsobu vzájemné komunikace serverových a klientských složek. Také pro běžné pracovní stanice může být zmíněných deset megabitů plně postačujících, jsou-li na těchto stanicích provozovány aplikace typu ekonomických agend, editorů apod. Stačit nemusí až v případě provozování náročnějších aplikací, například multimediálních, které požadují rychlý přísun velkých objemů dat.
Ani v dnešní době tedy nelze jednoznačně říci, zda deset megabitů za sekundu je dost, nebo málo. Záleží na tom, k čemu je využíváme.
Není 10 megabitů jako 10 megabitů!
V našich úvahách o tom, zda deset megabitů za sekundu je dost nebo málo, je velmi důležité si uvědomit, co přesně znamená oněch magických deset megabitů za sekundu. Jde o tzv. přenosovou rychlost, kterou je třeba chápat jako veličinu, určující jak dlouho trvá přenos jednoho bitu: při 10 Mbps trvá přenos jednoho bitu jednu desetimilióntinu sekundy.
Znamená to pak, že za jednu sekundu přeneseme deset milionů bitů? Nikoli, protože zde existuje nenulová režie, připadající mj. na povinné odstupy mezi jednotlivými přenášenými rámci a na další postupy, které souvisí s implementací přístupové metody Ethernetu.
Kromě toho je třeba mít na paměti, že zdaleka ne všechny bity, které se nám podaří přenést rychlostí 10 Mbps, představují užitečná data. V jednotlivých datových rámcích, které se po Ethernetovské síti přenášejí, musí nutně být obsaženy i určité režijní položky - například adresa příjemce a odesilatele, kontrolní součet apod. Bity, které tyto položky tvoří, pak samozřejmě jdou na úkor užitečných dat.
Samotnou přenosovou rychlost tedy nemůžeme považovat za směrodatné vyjádření schopnosti přenášet užitečná data. Takovouto veličinou je až tzv. přenosový výkon (měřený taktéž v bitech za sekundu). Jeho stanovení je ovšem závislé na mnoha faktorech, z nichž některé nejsou deterministické - jako například výskyt poruch, chování aplikací na jednotlivých uzlech sítě a jejich časový souběh apod. Přenosový výkon se tedy musí stanovovovat empiricky, jako statistická veličina. Pro Ethernetovské sítě však bývá rozptyl získaných výsledků tak velký, že se v odborné literatuře publikují jen vyjímečně. Jeden zajímavý výsledek (a podle názoru autora tohoto článku spíše pesimistický) byl publikován ve [2]: podle něj dokáže typický síťový ISA adaptér pro desetimegabitový Ethernet dosáhnout přenosového výkonu jen asi 1 až 3 megabity za sekundu.
10 megabitů pro každého, nebo pro všechny společně?
Pro hodnocení schopnosti Ethernetovských sítí je velmi podstatné uvědomit si také to, že tyto sítě pracují na principu sdílení jednoho společného přenosového média všemi komunikujícími uzly. Co to v praxi znamená?
Způsob vzájemného propojení jednotlivých uzlů v Ethernetovských sítí předpokládá, že když jeden uzel nějaká data vysílá, pak jeho vysílání "slyší" všechny ostatní uzly. To má jednu obrovskou výhodu, spočívající v možnosti přenosu z jednoho zdroje k více příjemcům, a dokonce i v možnosti doručit jedna a tatáž data současně všem uzlům (čehož se s úspěchem využívá ke vznášení nejrůznějších globálních dotazů, například typu: "kdo má síťovou adresu X.Y"?).
Současně s tím ale Ethernetovské sítě za uvedenou možnost platí i dosti vysokou cenu: tu, že všechny připojené uzly se musí dělit o veškerou dostupnou kapacitu. Jestliže spolu například komunikují dva uzly, pak tato jejich komunikace "plně obsazuje" sdílené přenosové médium, a znemožňuje současnou komunikaci jiných uzlů mezi sebou. V době, kdy probíhá nějaký přenos, musí případní další zájemci čekat, než se jediné společné médium se svou přenosovou kapacitou uvolní.
Ve svém důsledku tato strategie znamená, že jednotlivé uzly sice mohou vzájemně komunikovat rychlostí 10 megabitů za sekundu, ale celkový přenosový výkon , který z této přenosové rychlosti vychází (a vyjadřuje schopnost přenést určitý objem užitečných dat za jednotku času), je pro všechny společný!
Na celou věc bychom se mohli dívat také tak, jako kdyby každý uzel měl k dispozici a výhradně pro sebe n-tou část přenosové rychlosti 10 Mbps. Tato představa by dobře odpovídala skutečnosti v případě, že by jednotlivé uzly zatěžovaly síť rovnoměrně a souvisle. Ve skutečnosti je tomu ale spíše naopak, protože datové přenosy mají častěji příležitostný a nárazový charakter - na rozdíl od hlasových a obrazových přenosů v telekomunikacích.
I díky této skutečnosti dokáže 10 megabitový Ethernet vyhovět přenosovým nárokům více uzlových počítačů (pracovních stanic) současně - alespoň dokud tyto používají běžné aplikace, které nemají příliš vysoké nároky na pravidelný přísun dat (případně i v reálném čase).
Přenosová metoda CSMA/CD - přednost, nebo brzda?
Skutečnost, že všechny připojené uzly se musí podělit o jediné společné přenosové médium, vyžaduje existenci přesných pravidel hry, podle kterých sdílení tohoto média probíhá.
Termín "pravidla hry" zde přitom není příliš velkou nadsázkou, protože právě v případě Ethernetu jde skutečně o soutěž, ve které je hlavní výhrou právo začít vysílat po přenosovém médiu. V terminologii lokálních sítí se ovšem nehovoří o pravidlech hry, ale o tzv. přístupové metodě. V konkrétním případě Ethernetu nese tato metoda označení CSMA/CD (od: Carrier Sense Multiple Access / Collision Detect).
Přístupová metoda CSMA/CD, kterou Ethernet dostal do vínku již při svém zrodu ve středisku PARC, přitom vychází ze snahy o maximální jednoduchost a efektivnost při malém zatížení sítě. Předpokládá, že každý zájemce o právo vysílat bude nejprve chvíli poslouchat, zda právě nevysílá někdo jiný (odsud první dvě písmenka, Carrier Sense, v názvu metody). Pokud zjistí, že tomu tak není, má právo začít vysílat sám, zatímco v opačném případě musí čekat na konec právě probíhajícího vysílání.
Přitom se ovšem může snadno stát, že vysílat se zachce dvěma či více uzlům ve stejnou dobu, načež všichni z nich zjistí, že nikdo právě nevysílá, a tak začnou vysílat sami - všichni současně. To je sice technicky možné (díky možnosti vícenásobného přístupu, neboli Multiple Access, viz druhá dvě písmenka v názvu metody), ale nikoli žádoucí: současné vysílání více uzlů představuje tzv. kolizi, která musí být všemi uzly detekovatelná (odsud: Collision Detect v názvu metody). Jakmile nějaký vysílající uzel zjistí, že při jeho vysílání došlo ke kolizi, odmlčí se na dobu, kterou si sám náhodně zvolí z určitého intervalu. Teprve po uplynutí této doby se pak znovu uchází o právo vysílat, tj. nejprve poslouchá, zda nevysílá někdo jiný atd.
Pravidla přístupové metody CSMA/CD přitom nevylučují možnost následných kolizí, neboli situací, kdy jeden a tentýž uzel se po účasti v jedné kolizi dostává znovu do dalších kolizí. Pamatují však na tuto možnost tím, že při každé následné kolizi si zúčastněný uzel zvětší (přesněji: zdvojnásobí) interval, ze kterého si sám a náhodně volí dobu, po kterou se odmlčí. Tím se přístupová metoda snaží minimalizovat počet všech následných kolizí. Nedokáže je ovšem zcela vyloučit - v principu tedy může dojít i k takové situaci, kdy se určitý uzel bude neustále dostávat do nových a nových kolizí, aniž by se mu podařilo se alespoň jednou "dostat ke slovu". Pravidla přístupové metody pak říkají, že po deseti neúspěšných pokusech (resp. poté, co se desetkrát po sobě dostal do následné kolize) se uzel má vzdát dalších pokusů, a svůj neúspěch oznámit vyšším vrstvám síťového programového vybavení.
Nedeterminismus Ethernetu a jeho důsledky
Celkové vlastnosti Ethernetu i jeho chování v reálném provozu je z největší části určeno právě jeho přístupovou metodou CSMA/CD. Na ní pak má největší vliv náhodný faktor, který se uplatní v okamžiku, kdy některý uzel zjistí, že se dostal do kolize, a sám si náhodně volí dobu, na kterou se odmlčí.
Tento náhodný faktor má za úkol minimalizovat pravděpodobnost následných kolizí: jednotlivé uzly, zúčastněné v kolizi, totiž nemají žádnou možnost se vzájemně domluvit (a vybrat ze svého středu jednoho, který by mohl začít vysílat), a tak je jedinou možností ponechat vše na náhodě. Její výsledek ovšem není predikovatelný, a tak vlastně celá přístupová metoda CSMA/CD není deterministická!
Její nedeterminismus pak má některé velmi závažné důsledky: zejména ten, že Ethernet jako takový nemůže žádnému z připojených uzlů zaručit, že se vůbec dostane dostane "ke slovu" (natož pak zaručit, že se tak stane nejpozději za předem stanovenou dobu). Pravděpodobnost toho, že se nějaký zájemce o vysílání ke slovu vůbec nedostane, je sice opravdu hodně malá, ale není nulová.
Z tohoto důvodu pak Ethernet není použitelný v prostředí, kde je požadována odezva v reálném čase - například pro nejrůznější druhy řízení apod. Dále není vhodný ani pro takové aplikace, které vyžadují trvalý (a rovnoměrný) přísun dat - například pro přenos digitalizovaného hlasu, zvuku či živého obrazu. Pokud bychom například chtěli přenášet po Ethernetu živý obraz (video), pak by vlivem jeho nedeterminismu jednotlivé snímky nepřicházely rovnoměrně v čase, a výsledný efekt by bylo možné přirovnat k promítacímu přístroji, kterému neustále kolísá rychlost posunu filmového pásu.
Způsob propojení - do sběrnice
 |
 |
 |
Na možnost použití různých druhů kabeláže přitom pamatovala i pracovní skupina 802 organizace IEEE, která se mezitím stala "správcem" Ethernetovských standardů. Pro jednotlivé druhy kabeláže začala vydávat samostatné dílčí standardy: ten, který definuje použití původního tlustého koaxiálního kabelu, je označován jako 10Base5, zatímco jeho alternativa pro tenký koaxiální kabel nese označení 10Base2.
Kroucená dvoulinka - propojení do stromu
Snaha připustit v Ethernetovských sítích i jiné druhy kabeláže, než jen původní tlustý koaxiální kabel, však zdaleka neskončila jen u tenkého koaxiálního kabelu.
S další zajímavou alternativou se přihlásila firma AT&T: její síť StarLAN používala místo koaxiálního kabelu tzv. kroucenou dvoulinku, neboli páry rovnoměrně zkroucených vodičů - takových, které se v USA používaly i pro telefonní rozvody uvnitř jednotlivých budov. Síť StarLAN se prosadila jako samostatný Ethernetovský standard (1Base5, s přenosovou rychlostí 1 Mbps), ale většího praktického rozšíření se nedočkala.
Ovšem myšlenka použít pro počítačovou síť telefonní rozvody, které byly ve většině budov v USA značně předimenzované a tudíž okamžitě k dispozici, se ukázala jako velmi lákavá. Samotná síť StarLAN se pak stala základem nového standardu (10Base-T), který také používal jako přenosové médiu kroucenou dvoulinku, ale zvýšil používanou přenosovou rychlost až na standardní 10 Mbps.
 |
Aby však bylo možné použít i při takovéto topologii přístupovou metodu CSMA/CD, bylo nutné zachovat základní předpoklad, na kterém je tato metoda založena: takový způsob vysílání, při kterém "všichni slyší všechno". Z tohoto důvodu pak všechny rozbočovací prvky (rozbočovače) musí fungovat jako tzv. opakovače (repeaters), a všechno, co "zaslechnou" z kteréhokoli svého vstupu, musí předat do všech svých ostatních výstupů.
Stromovitá topologie tak po logické stránce zůstala nadále sběrnicovou.
Jeden všem ostatním, nebo každý jen sám sobě?
Skutečnost, že nový standard 10BaseT dokázal vystačit s kabeláží, která na mnoha místech již byla k dispozici (alespoň v USA), by zřejmě sama o sobě stačila k jeho úspěšnému prosazení do života. Záhy se ale ukázalo, že tento standard má ještě jednu obrovskou přednost, díky které v současné době zřetelně vítězí nad dosavadními standardy, založenými na použití koaxiálních kabelů.
Abychom tuto přednost dokázali náležitě ocenit, je dobré si uvědomit, co se stane při jakékoli závadě na kabeláži Ethernetovské sítě - například při přerušení či zkratování kabelu apod. Jde-li o síť, vybudovanou s využitím koaxiálního kabelu, pak jakákoli jeho závada vyřazuje z činnosti celý kabelový segment, neboli znemožňuje práci všem uzlovým počítačům, které jsou na příslušný (souvislý) kabelový segment připojeny. Přitom právě u koaxiálních kabelů stačí k nepříjemnostem opravdu málo - například jen špatně dotáhnout konektor, kterým je ke konci kabelu připojen povinný zakončovací člen. Obecně tedy platí, že když někdo (či něco) způsobí nějakou závadu, znemožní tím práci nejen sobě, ale i všem ostatním, kteří s ním sdílí tentýž kabelový segment.
V případě použití kroucené dvoulinky a z ní vyplývající stromovité topologie je ovšem situace diametrálně odlišná. Dojde-li k závadě na kterémkoli spoji v rámci této stromovité struktury, může rozbočovač příslušnou větev logicky odpojit, a přitom zachovat plnou funkčnost všech ostatních větví. V obecném případě pak ten, kdo způsobí nějakou závadu, znemožní práci sám sobě, ale ostatním nikoli.
Celá věc má ovšem ještě jeden další, velmi významný aspekt. Lokalizovat závadu v koaxiálním kabelovém segmentu je velmi obtížné, a často vyžaduje fyzickou prohlídku celé délky kabelu a nasazení speciálních měřících přístrojů. Naproti tomu při použití kroucené dvoulinky je nalezení závady velmi snadné, a může být dokonce svěřeno poměrně jednoduchým obvodům, zabudovaným v rozbočovačích. Ty pak dokáží nejen závadu odhalit a vadný spoj logicky odpojit, ale mohou také například samy podat zprávu o závadě a její přesné lokalizaci správci sítě.
U rozsáhlých kabelážních systémů je tato vlastnost doslova k nezaplacení, a je zřejmě tím hlavním důvodem, který stojí v pozadí celosvětového trendu k budování strukturovaných kabelážních systémů - budovaných právě na dvoubodových spojích na bázi kroucené dvoulinky, a s využitím rozbočovačů.
Ethernet se zbavuje dědictví sběrnice
Nástup kroucené dvoulinky a kabelážních systémů se stromovitou topologií, budovaných s využitím rozbočovačů, otevřel dveře zajímavým možnostem inovací Ethernetu. Co se ale vlastně změnilo, a jaké možnosti to otevřelo?
- změnila se koncepce sdíleného přenosového média. U koaxiálního kabelu byla vynucena jeho fyzikálními vlastnostmi, ale při použití dvoubodových spojů, rozbočovačů a stromovité struktury již není nutná. Standard 10BaseT koncepci sdíleného přenosového média zachovává (tím, že rozbočovače fungují jako opakovače) především proto, aby mohl nadále používat přístupovou metodu CSMA/CD. Jak se ale brzy ukázalo, může ji úspěšně používat i v případě, kdy rozbočovače budou fungovat jinak, a kdy koncepce jediného sdíleného přenosového média zachována nebude.
- hlavní důvod, kvůli kterému byla přístupová metoda CSMA/CD koncipována jako nedeterministická, přestal do značné míry platit: u koaxiálních segmentů nebylo výhodné vyčlenit určitou část sdílené přenosové kapacity na vzájemnou koordinaci jednotlivých zájemců o vysílání, což by umožnilo aplikovat deterministickou přístupovou metodu. Nyní, při použití kroucené dvoulinky, již má každý připojený uzel ke svému výhradnímu použití samostatnou přípojku k nejbližšímu rozbočovači, a tak má smysl začít uvažovat o možnosti využít ji pro realizaci deterministické přístupové metody, která by nahradila nedeterministickou přístupovou metodu CSMA/CD.
- přestal platit požadavek na striktně poloduplexní charakter přenosů. Jediný koaxiální kabel totiž z principiálních důvodů neumožňuje současné vysílání oběma směry (tedy tzv. plný duplex), ale nabízí pouze možnost střídavého přenosu jedním či druhým směrem, nikoli však současně (tedy tzv. poloduplex). Dvoubodové spoje, budované pomocí kroucené dvoulinky, však používají dva páry vzájemně zkroucených vodičů - po jednom páru pro každý směr přenosu. V principu tedy umožňují plně duplexní přenos (oběma směry současně), ale standard 10BaseT tuto možnost z důvodu kompatibility nevyužívá.
K těmto principiálním změnám se pak přidaly ještě další změny, tentokráte již spíše kvantitativního charakteru. Například pokroky v technologiích se nezastavily u možnosti přenášet po kroucené dvoulince data rychlostí 10 Mbps. V laboratorních podmínkách se dnes dosahují přenosové rychlosti až kolem 300 Mbps, přičemž přenosové rychlosti 100 Mbps se již dostaly do stádia běžného komerčního nasazení. To umožnilo začít uvažovat i o možnosti zvýšit přenosovou rychlost Ethernetu 10x, na 100 Mbps.
Kromě toho se objevily i některé další zajímavé myšlenky: proč například mají mít přenosy v Ethernetovských sítích asynchronní charakter? Neboli: proč musí být mezi přenášenými datovými rámci přenosové médium v klidu, čímž dochází ke ztrátě synchronizace mezi příjemcem a odesilatele, a v důsledku toho pak musí být každý nový rámec uvozen vhodnou preambulí, na které se ztracená synchronizace zase může obnovit? Proč raději nevysílat pořád, například jen synchronizační signály, aby se vzájemná synchronizace komunikujících účastníků udržovala trvale? Pak by také bylo možné zcela eliminovat předepsané mezery mezi jednotlivými rámci, které jsou u klasického asynchronního Ethernetu povinné!
Přepojovaný Ethernet
Jednou z novodobých variant klasického Ethernetu je tzv. přepojovaný Ethernet (Switched Ethernet). Vychází z možností, které skýtá stromovitá topologie síťových rozvodů, a je založen na negaci dosavadní koncepce jediného sdíleného média.
 |
Myšlenka tzv. přepojovaného Ethernetu, kterou jsme si právě naznačili, rozhodně není nová. Poprvé ji však prosadila do života americká firma Kalpana, Inc., když v březnu roku 1990 uvedla na trhu svou první Ethernetovou ústřednu s názvem EtherSwitch.
Tato ústředna přitom pracovala způsobem, který lze přirovnat k technice přepojování okruhů: jakmile totiž přijala tak velkou část určitého přenosového rámce, aby z ní poznala komu je určen a kterým směrem jej má předat dál, začala přijímaný rámec okamžitě a průběžně předávat příslušným směrem (aniž by například čekala na jeho konec). Tím vlastně zřídila dočasný okruh, po kterém je datový rámec s velmi malým zpožděním přenášen - proto přirovnání k technice přepojování okruhů.
Firmu Kalpana záhy následovaly další firmy, které přišly i se zajímavou modifikací mechanismu přepojování: datový rámec nejprve načtou celý, a teprve pak jej předají příslušným směrem. Pracují tedy na principu "store and forward", resp. způsobem, který na rozdíl od předchozí varianty odpovídá spíše technice přepojování paketů. Nevýhodou oproti předchozímu řešení je větší zpoždění na přenos jednotlivých rámců, výhodou pak zase možnost rozpoznat vadné rámce (podle kontrolního součtu, obsaženého na konci datového rámce) a nepřenášet je dále (zatímco předchozí varianta musela předávat dál i poškozené rámce).
Výhodou přepojovaného Ethernetu (Switched Ethernet) je především skutečnost, že nenutí všechny komunikující uzly sdílet jediných společných 10 Mbps, ale naopak se je snaží přidělit každé komunikující dvojici zvlášť. Dařit se to ovšem může jen v některých situacích - zejména tam, kde komunikující dvojice budou vzájemně disjunktní. Jindy zase může naopak přinést dokonce i zhoršení - jako například v síti s jediným serverm, na který se obrací všichni jeho klienti. Pak totiž veškerá data směřují buď do jednoho směru (k serveru), nebo naopak z jednoho směru (od serveru), a mechanismus přepojování zde vůbec nemůže uplatnit své výhody.
Další významnou výhodou přepojovaného Ethernetu je i skutečnost, že nevyžaduje žádnou změnu kabeláže, a dokonce ani žádnou změnu síťových karet, kterými jsou vybavovány jednotlivé uzlové počítače. Veškeré změny se totiž týkají fungování rozbočovačů, které se doposud chovaly jako opakovače (repeaters), ale nyní se chovají jako mosty (bridges). Přepojovaný Ethernet tedy dokáže existovat vedle stávajících standardů Ethernetu, a nevyžaduje jejich změnu.
Technologie přepojovaného Ethernetu je v současné době již ve stádiu běžného komerčního využití. Prakticky všechny významné firmy, vyrábějící aktivní síťové, mají Ethernetové ústředny ve své nabídce.
Plně duplexní Ethernet
Jakmile se při budování kabelových rozvodů přejde na důsledné používání kroucené dvoulinky, má smysl začít uvažovat i o plně duplexním provozu v Ethernetovských sítích. Stávající standardy Ethernetu na tuto možnost nepamatují, protože při použití koaxiálních kabelů nebyla z principu možná.
Dva páry kroucených vodičů každé jednotlivé přípojky se podle stávajícího standardu 10BaseT používají takovým způsobem, že jeden pár slouží pro příjem, a druhý pro vysílání. K současnému provozu na obou párech (tj. k současnému příjmu i vysílání) by přitom správně nemělo docházet - pokud ano, signalizuje tento souběh kolizi (zatímco u koaxiálních kabelů kolizi signalizovalo překročení jisté referenční hodnoty napětí na kabelu).
Jakmile se ale rozbočovače přestanou chovat jako opakovače (a začnou se chovat jako mosty, resp. jako Ethernetové ústředny), případné kolize se přes ně již nebudou šířit. Na každém dvoubodovém spoji pak sice ještě může dojít k tomu, že oba koncové uzly začnou vysílat současně a proti sobě, ale tato situace nyní již nemá důvod být nežádoucí - každý totiž má pro své vysílání k dispozici samostatný pár zkroucených vodičů.
No a právě na této myšlence je založena koncepce tzv. plně duplexního přepojovaného Ethernetu (FDSE, Full Duplex Switched Ethernet). Velmi jednoduchým trikem, umožněním současného příjmu i vysílání standardní rychlostí 10 Mbps, dosahuje plně duplexní Ethernet celkové přenosové rychlosti 20 Mbps.
Hlavní výhodou plně duplexního Ethernetu je právě toto zdvojnásobení přenosové rychlosti. Další výhodou je pak i to, že nevyžaduje žádnou změnu kabeláže - vystačí s dnes běžně používanými rozvody kroucenou dvoulinkou. Kromě speciálních rozbočovačů (uzpůsobených plně duplexnímu Ethernetu) však vyžaduje i zvláštní síťové karty v uzlových počítačích, neboť ty stávající s možností plně duplexního přenosu nepočítají.
Technologie plně duplexního přpeojovaného Ethernetu (FDSE) ještě zdaleka není ve stádiu běžného komerčního nasazení. To bude jistě velmi záviset i na úspěchu společenství Full Duplex Ethernet Consorcium, které sdružuje zainteresované firmy a usiluje o prosazení této nové technologie. První plně duplexní síťové adaptéry uvedla na trh v září roku 1993 opět firma Kalpana.
100-megabitový Ethernet ve verzi Fast Ethernet
Zdvojnásobení výsledné přenosové rychlosti, které nabízí plně duplexní Ethernet, je sice přínosem, ale nikoli výraznějším krokem vpřed. Tím má šanci být až zdesetinásobení přenosové rychlosti klasického Ethernetu z 10 na 100 Mbps, které teprve slibuje vyjít vstříc náročným síťovým aplikacím, a současně s tím úspěšně konkurovat již zavedeným technologiím, které 100 megabitové hranice již také dosáhly - zejména pak technologii FDDI.
Snahy o desetinásobné zrychlení Ethernetu se ovšem ubírají dvěma různými cestami: ta první je charakteristická snahou v maximální možné míře zachovat všechny stávající vlastnosti Ethernetu, a jen všechno desetinásobně zrychlit. Druhá cesta (kterou se zabývá následující odstavec) se pak snaží převzít jen to, co se skutečně osvědčilo (a některé stávající vlastnosti Ethernetu naopak mění).
S myšlenkou desetinásobně zrychlit stávající desetimegabitový Ethernet cestou prostého zvýšení přenosové rychlosti zřejmě jako první firma Grand Junction Networks, Inc. z USA. K ní se záhy přidaly další firmy, které pak koncem minulého roku založily sdružení Fast Ethernet Alliance z USA (jsou to například firmy 3Com, Intel, Synoptics a další).
Tzv. rychlý Ethernet (Fast Ethernet) plně zachovává přístupovou metodu CSMA/CD desetimegabitového Ethernetu, včetně jejího nedeterminismu, kolizí atd. Výhodou tohoto přístupu je možnost využívat s novým Ethernetem všechny programové prostředky, "šité na míru" původnímu Ethernetu, včetně prostředků pro správu sítě.
Pokud jde o síťový hardware, zde již je situace poněkud méně příznivější: síťové adaptéry v počítačích budou muset být nahrazeny novými (které ale nejspíše budou použitelné jak pro nový stomegabitový Ethernet, tak i pro původní desetimegabitový). Dále bude samozřejmě nutné vyměnit i rozbočovače, mosty a směrovače. Zajímavé je to s kabeláží: Fast Ethernet počítá s tím, že bude moci být provozován alternativně jak po nestíněné kroucené dvoulince, tak i po dvoulince stíněné a po optických kabelech. V případě nestíněné kroucené dvoulinky sice nadále předpokládá, že půjde jen o dva páry zkroucených vodičů (tedy stejně jako u desetimegabitového Ethernetu), ale vyžaduje, aby tyto páry byly dostatečně kvalitní pro přenosy rychlostí 100 Mbps. V praxi to znamená, že bude vyžadovat kroucenou dvoulinku třídy 5 (level 5), zatímco desetimegabitový Ethernet vystačí jen s kroucenou dvoulinkou třídy 3. Již existující rozvody, vybudované pomocí kroucené dvoulinky třídy 3, tedy bude nutné předělat. Cenový rozdíl mezi dvoulinkou třídy 3 a 5 je však dnes již poměrně malý, a tak se drtivá většina nově instalovaných rozvodů buduje již pomocí kroucené dvoulinky třídy 5. Takovouto kabeláž pak bude možné využít i pro rychlý Ethernet.
100-megabitový Ethernet ve verzi 100-VG
Druhá varianta stomegabitového Ethernetu, za kterou stojí především firma Hewlett-Packard, vychází z poněkud jiných zásad než tzv. rychlý Ethernet, prosazovaný sdružením Fast Ethernet Alliance. Místo snahy o převzetí osvědčené technologie i se všemi jejími nedostatky a slabými místy se u této varianty prosadila tendence nedržet se za každou cenu původního vzoru, ale převzít z něj jen to, co je výhodné, a naopak nepřevzít a nahradit něčím jiným to, co se jako příliš optimální neukázalo.
Nová stomegabitová varianta Ethernetu, kterou vypracovala firma Hewlett-Packard ve spolupráci s firmou AT&T, byla původně označována jako 100Base-VG.
Za slabé místo stávajícího Ethernetu tvůrci nové stomegabitové verze 100 Base-VG neváhali označit i samotnou přístupovou metodu CSMA/CD, koncipovanou s ohledem na vlastnosti koaxiálních kabelů, a její nedeterminismus. Navrhli proto novou přístupovou metodu, která je již plně deterministická, a dokáže každému uzlu zaručit právo k vysílání v konečném čase - což je něco, co stávající desetimegabitový Ethernet při nejlepší vůli nedokáže. Díky tomu, a na rozdíl od konkurenčního rychlého Ethernetu (Fast Ethernet) je 100Base-VG vhodný například i pro multimediální aplikace, které vyžadují trvalý přísun dat v reálném čase.
Nová přístupová metoda, označovaná jako Demand Priority, předpokládá stromovitou topologii síťových rozvodů a využívá skutečnosti, že každý potenciální žadatel o vysílání (koncový uzel) má k dispozici a výhradně pro sebe samostatnou přípojku k nejbližšímu rozbočovači. Nic mu tedy nebrání, aby mohl tento rozbočovač kdykoli požádat o právo vysílat i k jiným uzlům. Je pak na tomto rozbočovači, který má sám (resp. ve spolupráci s ostatními rozbočovači) přehled o všech takovýchto žádostech, aby o nich korektním a deterministickým způsobem rozhodoval.
K požadavkům na kabeláž přistupuje verze 100Base-VG poněkud odlišně, než Fast Ethernet: snaží se vystačit i se stávajícími rozvody méně kvalitní kroucenou dvoulinkou třídy 3. Ta je ovšem dimenzována jen pro přenosové rychlosti v řádu 10 Mbps, a nikoli pro 100 Mbps. Návrh 100Base-VG se s tímto omezením vyrovnává tak, že místo obvyklých dvou párů kroucené dvoulinky vyžaduje použití čtyř párů!
Znamená požadavek na čtyři páry kroucené dvoulinky to, že stávající rozvody kroucenou dvoulinkou budou muset být předělávány? Odpověď závisí na konkrétní situaci - pro desetimegabitový Ethernet sice byly zapotřebí vždy jen dva páry, ale většina instalací je realizována redundantně, a často tedy má potřebný počet párů v rezervě.
Snahy o standardizaci - ze 100Base-VG je 100-VG AnyLAN
Předpokladem úspěchu kterékoli nové technologie je v dnešní době i její standardizace, neboli převedení do formy dostatečně propracovaného, všeobecně uznávaného a také dodržovaného standardu.
Nejinak je tomu i v případě obou stomegabitových variant Ethernetu - příslušné návrhy standardů předložili jejich autoři koncem roku 1992 sdružení IEEE, a sice její pracovní skupině 802.3, která se zabývá problematikou Ethernetových sítí a která je k příslušná k jejich schválení. Zhruba v polovině roku 1993 však byly oba návrhy pracovní skupině 802.3 odebrány, a svěřeny nově vytvořené pracovní skupině 802.12 - s odůvodněním, že již nejde o Ethernetovské sítě. V nedávné době ale byl návrh standardu Fast Ethernetu vrácen zpět pracovní skupině 802.3, kam nejspíše skutečně patří (na rozdíl od návrhu 100Base-VG).
Mezitím však firma HP našla nového spojence, firmu IBM, a společně s ní svůj návrh standardu 100Base-VG poněkud přepracovala - tak, aby nová přenosová technologie podporovala jak návaznost na stávající sítě Ethernet, tak i na sítě Token Ring (přesněji: aby mohla používat linkové rámce obou těchto současných technologií, a představovala přirozenou vývojovou alternativu pro obě tyto sítě). Nový návrh, předložený skupině 802.12 firmami HP a IBM, pak již nesl pozměněné označení 100VG-AnyLAN.
Jakou šanci má stomegabitový Ethernet?
Přepojovaný Ethernet je do značné míry jen kvantitativním vylepšením stávajícího Ethernetu, jeho vstup do života byl poměrně hladký a nenarazil na vážnější problémy. Podobně tomu nejspíše bude i s plně duplexním Ethernetem, který si svou cestu k zákazníkům teprve razí.
Poněkud jiná situace ale zřejmě nastane u obou vzájemně si konkurujících návrhů stomegabitového Ethernetu. Bude jistě zajímavé sledovat, jak si tyto nové přenosové technologie povedou proti dobře zavedenému standardu FDDI, či perspektivnímu ATM. Trumfem, se kterým může stomegabitový Ethernet hrát hodně vysoko, by mohla být jeho cena - vše totiž nasvědčuje tomu, že se skutečně vyplní sliby zastánců rychlého Ethernetu, kteří vyhlašují že nebude výrazně dražší než stávající desetimegabitový Ethernet.
Na nedávném druhém ročníku výstavy ComNet byly i v Praze představeny první konkrétní produkty pro rychlý Ethernet: Ethernetová ústředna FastSwitch 10/100 firmy Grand Junction Networks se 24 porty pro desetimegabitový, a dvěma porty pro stomegabitový Ethernet, a dále síťová karta FastNIC 100 EISA téže firmy pro počítače PC. Tato karta přitom byla k mání za cenu cca 16 tisíc korun, což je zhruba dvojnásobek srovnatelné značkové karty pro desetimegabitový Ethernet (pro počítače se sběrnicí EISA), a necelá třetina nejlacinější FDDI karty.