Перспективы
Гигабитный и 100-гигабитный Ethernet
Согласно наблюдениям Группы 802.3ba[9], требования к полосе пропускания для вычислительных задач и приложений ядра сети растут с разными скоростями, что определяет необходимость двух соответствующих стандартов для следующих поколений Ethernet — 40 Gigabit Ethernet (или 40GbE) и 100 Gigabit Ethernet (или 100GbE). В настоящее время серверы, высокопроизводительные вычислительные кластеры, блейд-системы, SAN и NAS используют технологии 1GbE и 10GbE, при этом в 2007 и 2008 гг. был отмечен значительный рост последней.
О Terabit Ethernet (так упрощенно называют технологию Ethernet со скоростью передачи 1 ТБит/с) стало известно в 2008 году из заявления создателя Ethernet Боба Меткалфа на конференции OFC[10] который предположил, что технология будет разработана к 2015 году, правда, не выразив при этом какой-либо уверенности, ведь для этого придется решить немало проблем. Однако, по его мнению, ключевой технологией, которая может обслужить дальнейший рост трафика, станет одна из разработанных в предыдущем десятилетии — DWDM.
«Чтобы реализовать Ethernet 1 ТБит/с, необходимо преодолеть множество ограничений, включая 1550-нанометровые лазеры и модуляцию с частотой 15 ГГц. Для будущей сети нужны новые схемы модуляции, а также новое оптоволокно, новые лазеры, в общем, все новое, — сказал Меткалф. — Неясно также, какая сетевая архитектура потребуется для её поддержки. Возможно, оптические сети будущего должны будут использовать волокно с вакуумной сердцевиной или углеродные волокна вместо кварцевых. Операторы должны будут внедрять больше полностью оптических устройств и оптику в свободном пространстве (безволоконную). Боб Меткалф»[11].
В 1995 году принят стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с и появилась возможность работы в режиме полный дуплекс. В 1997 году был принят стандарт IEEE 802.3z Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с для передачи по оптическому волокну и ещё через два года для передачи по витой паре.
В большинстве локальных сетей в качестве кабеля используется витая пара (twisted pair) с разъемами типа RJ 45.
Для соединений используются концентраторы (hubs) с быстродействием 10 МБит/с (10BASE-T) или переключатели (switches) с быстродействием 100 МБит/с (100BASE-T).
Ethernet-адрес каждого компьютера фиксирован, выдается при загрузке операционной системы и может быть также выведен на консоль специальными командами ОС; например, в ОС Solaris – командой banner, которая выводит на экран стартовую информацию ОС, в том числе MAC-адрес компьютера.
1. Протокол TCP/IP
TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) – наиболее распространенное семейство протоколов сетевого и транспортного уровня, используемых в Интернете.
Более общее современное название TCP/IP - Internet Protocol Suite.
Основоположники TCP/IP – Роберт Кан (Robert Kahn) и Винтон Серф (Vinton Cerf) -1972 – 1974.
Протокол TCP/IP основан на использовании IP-адресов каждого хоста (компьютера), имеющих вид: a.b.c.d (все четыре числа – в диапазоне от 0 до 255) и обеспечивает пересылку по сети пакетов (packets) фиксированного размера, содержащих адрес получателя и номер пакета в сообщении.
TCP/IP - протокол обеспечивает транспорт сетевых пакетов, деление сообщения на пакеты отправителем и сборку сообщения из пакетов получателем.
IP-адрес может быть закреплен за компьютером постоянно Интернет-провайдером пользователя компьютера, либо присваивается компьютеру динамически (каждый раз – разный) при выходе в Интернет.
Различаются более новая версия – IPv6 и более старая – IPv4. В версии IPv6 используется IP-адрес не из четырех, а из 6 чисел.
Протокол TCP/IP – синхронный, т.е. получатель ожидает получения каждого пакета и посылает отправителю подтверждение об этом.
Другой вариант Интернет-протокола - UDP/IP (Universal Datagram Protocol / Internet Protocol) – асинхронный транспортный протокол, обеспечивающий обмен датаграммами – байтовыми массивами переменной длины; он считается менее надежным, чем TCP/IP, но работает быстрее, поэтому часто для быстрого обмена сообщениями в сетях предпочитают именно его.
Скорость TCP/IP не всегда удовлетворительна, ввиду огромного числа IP-узлов в Интернете. Для оптимизации связи между узлами сети применяются Distributed Hash Tables (DHT) – распределенные хеш-таблицы. В них собственная система имен узлов сети и более быстрого их поиска, чем с использованием TCP/IP протоколов, работающая "поверх" TCP/IP.
На рис. 4 изображены уровни протокола TCP/IP и перечислены основные протоколы прикладного уровня, работающие поверх TCP/IP и UDP/IP, - протокол передачи гипертекста (основа функционирования World Wide Web), протоколы передачи файлов, передачи электронной почты, взаимодействия с удаленным терминалом, управления сетью.
Рис.4. Уровни протокола TCP/IP.
Устойчивость сетей к ошибкам – обнаружение ошибок и реконфигурация сетей
Обнаружение ошибок сетевой аппаратуры достаточно сложно. Для обнаружение ошибки связи может быть использован протокол "рукопожатия" (handshake) – обмена сообщениями о каждом выполненном действии (посланном и принятом сообщении). Предположим, что система A и система B установили связь. Через фиксированные интервалы времени системы должны обмениваться сообщениями типа "я в порядке" (I-am-up), указывающими, что они нормально функционируют.
Если система A не получает сообщения через фиксированный интервал, то, по-видимому, либо другая система не работает, либо данное сообщение потеряно.
Система A теперь посылает сообщение вида: "Вы в порядке?" (are-you-up?) системе B.
Если система A не получает ответа, она может повторить сообщение или попробовать альтернативный маршрут к системе B
На практике используется следующий метод обнаружения, работает ли хост с именем hostname, - команда ping:
ping hostname (или: ping A.B.C.D с указанием IP-адреса хоста)
При выполнении этой команды происходит пробный обмен сообщениями фиксированной длины с заданным хостом, трассировка отправки и получения которых выдается на консоль, после чего выдается стандартное сообщение "Host hostname alive" (хост hostname жив). Если этих сообщений нет, видимо, связь с хостом по каким-то причинам потеряна (он перезагружается, либо нарушена связь на физическом уровне, либо произошло отключение электропитания и т.д.).
Если система A не получает обязательного ответа от системы B, она заключает, что имеет место какая-либо ошибка.
Типы ошибок:
Система B не работает
Непосредственная связь между A и B не работает
Альтернативная связь между A и B не работает
Сообщение потеряно.
Однако система A не может точно определить, почему произошла ошибка.
Реконфигурация сети. Когда система A определяет, что произошла ошибка, она должна реконфигурировать систему:
Если связь между A и B отказала, эта информация должна быть доведена до любой машины в сети.
Если имеет место отказ машины, то любая другая машина должна быть также нотифицирована о том, что сервисы, обеспечиваемые отказавшей машиной, более не доступны.
Когда связь или машина становятся доступны снова, данная информация должна также быть сообщена всем машинам в сети.
На практике при перезапуске какого-либо сервера в локальной сети имеется возможность послать всем пользователям сети предупреждение о том, что через минуту произойдет перезагрузка сервера, и они должны срочно сохранить свои данные.