اترنت 10 گيگابايتي

روش هاي انتقال داده ها ميان کامپيوترهاي متصل به شبکه از سال هاي 90 ميلادي تا کنون تفاوت هاي زيادي کرده است. يکي از اصلي ترين تلاش ها در اين مدت آن بوده که گذشته از يافتن راه هاي نوين، آهنگ انتقال داده ها روي بستر کابل هاي مسي نيز بالا وبالاتر برود. در اين مقاله مي خواهيم شما را با تازه ترين روش ها آشنا کنيم. 10GBase-T%،شبکه گيگابيتي روي کابل هاي مسي:
سرعت اترنت تا کنون همواره رو به افزايش بوده : در سال 1999 آهنگ انتقال داده روي کابل هاي زوج تابيده (Twisted Pair) به يک گيگابيت در ثانيه رسيد و از سال 2002 روي کابل هاي فيبر نوري داده ها با سرعت 10 گيگابيت بر ثانيه جا به جا مي شدند. اما از تابستان سال2006 با ارائه استاندارد IEEE802.3an آهنگ انتقال 10گيگابيت بر ثانيه روي کابل هاي مسي نيز ممکن شد. اترنت با اين پيشرفت سريع همه شبکه هاي محلي را تسخير کرده و راه خود را به ستون فقرات شبکه هاي بزرگ (LAN-MAN) نيز باز کرد. در اين مقاله با هم خواهيم ديد که براي ممکن شدن اين سرعت روي کابل هاي مسي ، انجام چه کارهايي لازم است. همچنين با نکات جانبي نيز آشنا خواهيم شد.

کمي از گذشته ها :
 

اترنت گيگابيتي روي کابل هاي زوج تابيده ، چند سالي است که کاملاً جاي خود را باز کرده و استاندارد شده است. امروزه هر کامپيوتري که ببينيد يک کارت شبکه با سرعت 10/100/1000 دارد. اما براي انجام کارهايي که مطابق استاندارد IEEE802.3ae براي رسيدن از سرعت 1000 مگابيت بر ثانيه لازم است، برخي اقدامات فني ضروري است.
يکي از نکات مهم طراحي براي پياده سازي سرعت 1 گيگابيت بر ثانيه، پشتيباني از توپولوژي هاي موجود بود. يکي از اين نکات ، محدود بودن طول مسير به 100 متر است. فرض کنيم در هر سر کابل دو اتصال وجود دارد و در نتيجه روي هر کابل چهار اتصال تاثير مي گذارند. تجربه اترنت گيگابيتي نشان داد که با وجود سرعت خوب صنعت توليد کا مپيو تردر همراهي با استانداردهاي تازه، به هنگام رساني زيرساخت هاي شبکه با سرعت بسيار کمتري انجام مي گيرد. براي دستيابي به آهنگ انتقال گيگابيتي وجود کابل هاي مطمئن و تميز CAT-5 لازم است. البته اغلب براي اين کار از کابل هايCAT-6 استفاده مي شود تا برخي ناهماهنگي هاي احتمالي در اتصال ها بر طرف گردد. البته اگر چه بسياري از کامپيوترها از کارت هايي با سرعت100 وکابل شبکه هاي مناسب بهره مي برند، اما هنوز اغلب در شبکه هاي متعارف با سرعت100کار مي کنند و درگاه هاي گيگابيتي معمولاً براي Backbone و ارتباط کامپيوترهاي سرويس دهنده به کار مي رند.
1000Base-TX% : يک گيگابيت بر ثانيه روي کابل هاي مسي
در اين بخش به مهمترين تفاوت ها و تغييرات با استاندارد اترنت 100 گيگابيتي مي پردازيم:
*انتقال موازي داده ها روي چهار زوج سيم باعث مي شود تا آهنگ انتقال داده ودر نتيجه چگالي داده ها روي هر يک از زوج سيم ها پائين تر بيايد. به اين ترتيب ديگر نيازي به حالت Cable Sharing نخواهيم داشت.
*براي کاهش بسامد روي هر زوج سيم، از فروش (PULSE AMPLITUDE MODULATION)PAM5*5 استفاده شده که بيت هاي بيشتري را در يک واحد جاي مي دهد.
*براي حل مسئله افزايش شمار بيت هاي خراب که از کاهش نسبت Signal-to-noise ratio SVR ناشي مي شود يک روش اضافي براي کنترل خطاها پيش بيني شده که داده ها را در سوي گيرنده با الگوريتمViterbi رمزگشايي مي کند.
*حالت ارتباط Bidirectional Fullduplex امکان ارتباط همزمان در هر دو جهت را فراهم مي کند. البته اين کار توان پردازش زيادي مي طلبد ، چون گيرنده بايد به طور پيوسته داده هاي خود را از آنچه که دريافت مي کند، جدا کند. در اين ميان بايد توجه ويژه اي به بازتاب ها داشت چون طول ان ها از قبل معلوم نيست. البته ارتباط full duplex تنها براي جريان هاي داده اي سيميتريک (مانند backbone يا کامپيوترهاي سرويس دهنده) سودمند است و تا زمانيکه کاربرد در حد برنامه هاي متعارف client-server است، همان ارتباط Halfduplex نيز کافي است.

استانداردهاي10GBase موجود :
 

از سال 2002 ، استانداردIEEE802.3ae نيز انتقال داده با سرعت 10 گيگابيت بر ثانيه را روي کابل هاي فيبر نوري فراهم کرده است. البته روش هاي کدگذاري و همچنين طول فيزيکي ارتباط متفاوت است تا نيازهاي گوناگون در کاربردهاي مختلف تامين گردد. طول فيزيکي اين ارتباط از 65 متر تا 40 کيلومتر است. روش هاي رمزگذاري داده ها نيز سرعت هاي 10/3 و 9/953 گيگابيت بر ثانيه را فراهم مي کنند. از اينها گذشته از سال 2004 استاندارد 10GBase-CX4 يا IEEE802.3ak نيز ارائه شده که اين آهنگ انتقال بالا را روي کابل هاي مسي فراهم مي کند. اما براي آن کار کابل هاي ويژه اي با هشت زوج سيم لازم است که حداکثر طول آن هم 15 متر بايد باشد. اين روش براي ارتباط دو Rack نزديک هم ، مناسب است. 10GBase-T% :
استانداردهاي اترنت 10 گيگابيتي موجود ، تا نيمه هاي سال 2006 براي کاربرد در سطح گسترده مناسب نبودند.
*استاندارد 10GBase-CX4 همان گونه که گفتيم تنها براي ارتباط کامپيوترهاي سرويس دهنده مناسب است. همين کوچکي دامنه کاربرد ودر نتيجه توليد کم ، باعث مي شود که کاهش قيمت تجهيزات مطابق با استاندارد در آينده نزديک، روي ندهند. مي توان انتظار داشت که اين استاندارد هم به سرنوشت 10GBase-CX4 دچار بشود و نتواند گسترش پيدا کند.
*با در نظر گرفتن هزينه بالا چه براي بخش Passive و چه براي تجهيزات Active ، هنوز راه حل هاي بر پايه فيبر نوري براي سطح متوسط و پائين تر جذابيتي ندارد. به اين ترتيب زنجيره راه حل هاي پرسرعت، يک يا چند حلقه مفقود دارد. البته شايعاتي مبني بر احتمال عرضه راه هايي با سرعت غير از مضارب ده وجود دارد. براي نمونه صحبت از استانداردهايي با سرعت 4 يا 5 گيگابيت بر ثانيه است.

کاربردهاي سودمند :
 

البته اين پرسش کاملاً بجاست که سرعت انتقال 10 گيگابيتي بر ثانيه واقعاً براي چه کاربردي لازم است؟ با آمدن اترنت گيگابيتي بروشني ديده شد که در سرعت کار کامپيوترهاي سرويس گيرنده تغيير چشمگيري به وجود نيامد.
يکي از دلايل آن ، اتصال کارت شبکه به گذرگاه PCI است که آهنگ انتقال داده آن حدود همان 100 مگابيت بر ثانيه است. PCI-Express اين سد را شکسته ، اما باز هم هنوز برنامه هاي چنداني که روي شبکه به آهنگ انتقال گيگابيتي نياز داشته باشند، وجود ندارند. در نتيجه تنها کاربرد استاندارد 10GBase را بايد در ارتباط ميان کامپيوترهاي سرويس دهنده و سوئيچ هاي پر سرعت جستجو کرد. اين استاندارد براي ارتباط حافظه هاي شبکه اي نيز سودمند است.
البته براي هر يک از اين موارد بايد هزينه ها را نيز در نظر داشت. از اين گذشته امروزه در بيشتر شرکت ها و سازمان هاي بزرگ کابل کشي فيبر نوري انجام شده و در نتيجه رفتن به سوي 10GBase ساده تر و پذيرفتني به نظر مي رسد. ارزش اين کار به ويژه هنگامي بيشتر مي شود که از پيش يک شبکه روي اين بستر فيبر نوري راه اندازي شده باشد.

لايه MAC :
 

در تعريف 10GBase در استاندارد 802.3an اين اصل خيلي مهم است که بافت Frame و آدرس ها و Service Access Points به سمت بالا بدون تغيير بماند. با اين شرايط نه تنها سازگاري با سخت افزار طراحي و ساخته شده براي PHY حفظ مي شود ، بلکه طراحي سوئيچ هاي MultiSpeed با سرعت هاي مختلف را ساده تر مي کند.البته در اين وضعيت از آنجا که بافت گذشته Frameها حفظ مي شود، استاندارد 10GBase-T ديگر بطور بهينه کار نخواهد کرد ، چون بايد براي هر Frame تازه ، Interframes Space و Preamble پردازش شود.
اينجا هم همچون استانداردهاي پيشين اترنت ، يک رابط مستقل از رسانه ميان MAC و PHY وجود دارد. وضعيت سيم ها در اين 10Gigabit Medium Independent Interface يا XGMII اعلام شده است. اين رابط داده ها را در هر دو جهت ارسال و دريافت به طور 32 بيتي موازي مي فرستد. با در نظر گرفتن سيم هاي لازم براي کنترل و بسامد ، اين رابط جمعاً 74 سيم دارد. ساختن رابط لازم و همزمان سازي همه سيم هاي داده هزينه ساخت بالايي دارد. از همين رو IEEE رابط XAUI يا 10Gigabit Attachment Unit Interface را نيز ارائه کرده که با 16 سيم در مقايسه يا XGMII ساختار ساده تري دارد.
همانگونه که در شکل مي بينيد در دستگاه هاي نوري موجود 10گيگابيتي براي استفاده از 10GBase-T کافي است که تراشه PHY را عوض کنيم. %آشفتگي کابل ها :
براي فراهم کردن امکان کار با همه کارت هاي شبکه سه راه وجود دارد: *مي توان از گونه augmented کابل هاي Cat-6 يا Cat-6a استفاده کرد. اين کابل ها محدوديت بسامد 625 مگاهرتز را پشت سر گذاشته و در نتيجه مي توان طول کابل را به 100 متر رساند. کابل هاي Cat-6a به دليل استفاده از عايق هاي خاص ضخامت بيشتر دارند.
*بر پايه بررسي هاي آماري که گروه IEEE آن بر مبناي کار خود قرار داده، 70درصد کابل هاي استفاده شده زير 55متر طول دارند ودر اين موارد مي توان از کابل هاي ارزانتر Cat-6a استفاده کرد که بسامد آن ها را مي توان تا 500 مگاهرتز بالا برد.
*استفاده از کابل هاي Cat-7 با بسامد مجاز 600 مگاهرتز نيز ممکن است. اما براي اين کار بايد اتصال هاي شبکه را تغيير داد، که هزينه زيادي در پي خواهد داشت. به اين ترتيب مي توان ميزان بيت هاي خراب را در حد استاندارد 10E-12 نگهداشت که در نتيجه در هر 100 ثانيه يک خطاي بيتي روي خواهد داد و گيرنده بايد آن Frame را دور بيندازد. البته هنگامي کابل کشي بايد نکات ديگري مد نظر داشت:
*کابل ها نبايد در فاصله هاي زياد به طور موازي به يکديگر بسته شوند.
*در مسيرهاي طولاني بايد از کانال هاي محافظت شده استفاده کرد.
*همچنين استفاده از Patch Panel هايي با فاصله بيشتر ميان پريزها مي تواند موثر باشد. %محصولات و چشم انداز :
پس از ارائه استاندارد IEEE802.3an در تابستان سال2006 محصولات آن اکنون به بازار آمده اند. نخستين محصولات 10GBase-T را بايد در ميان سوئيچ ها جستجو کرد. البته هنوز توليدکنندگان عمده وارد اين بازار نشده اند و به زمان بيشتري نياز دارند. نخستين کارت هاي شبکه براي کامپيوترهاي شخصي هم به بازار آمده اند. اين کارت ها براي کاستن از بار پردازنده و استفاده بهينه از پهناي باند گذرگاه هاي کامپيوتر به برخي واحدهاي سخت افزاري اضافي مجهز شده اند. اما اين کارت ها فعلاً حدود 1200 دلار قيمت دارند.
منبع:ماهنامه ي رايانه شماره 188