بررسی تخصصی نسل پنجم در ایران

شكل 1 - روند افزايش سرعت در شبكه‌هاي اترنت‌

در حالي كه عمر بسياري از فناوري‌هاي شبكه كمتر از 5 سال مي‌باشد، اترنت رشد خود را در طول 25 سال با موفقيت ادامه داده است. رشدي كه آن را از يك فناوري انتقال اشتراكي با سرعت 10 مگابيت در ثانيه بر روي سيم‌هاي مسي و در فواصل حداكثر چند صد متري، به شبكه‌اي پرسرعت با نرخ انتقال 10 گيگابيت در ثانيه بر روي فيبر نوري و امكان سوييچينگ ترافيك در فواصل بالاي 150 كيلومتر تبديل نموده است. (شكل 1).

نگاهي به آمار و ارقام، برتري اين فناوري را ثابت مي‌كند. اكنون بيش از 85 درصد كليه شبكه‌هاي دنيا از فناوري اترنت برخوردارند و در حوزه شبكه‌هاي محلي اين نسبت به ميزان 98 درصد براي تعداد پورت‌هاي اترنت مي‌رسد، به‌طوري‌كه تنها در سال 2000 در حدود 182 ميليون پورت اترنت در سراسر جهان فروخته شده‌است.  (شكل 1)


در كسب اين موفقيت، البته نقش سازمان IEEE به عنوان متولي اترنت بسيار برجسته است. استانداردهاي سري 802.3 اين سازمان، هسته اصلي اترنت را شكل مي‌دهد. تلاش بسياري در جريان است تا با تجهيز اترنت به قابليت‌هايي كه براي دارندگان شبكه‌هاي بزرگ حياتي است، اين فناوري به صورت فراگير در شبكه‌هاي گسترده و شهري به كار گرفته ‌شود.
 
از آن جمله مي‌توان به امكان ارائه كيفيت خدمات (استاندارد 802.1p) و شبكه‌هاي مجازي خصوصي
(استاندارد 802.1q) اشاره‌كرد. در اين ميان البته تقاضا براي سرعت‌هاي بالاتر و فواصل بيشتر همواره در راس درخواست‌ها قرار داشته‌است. اترنت ده گيگابيت در ثانيه يا 10G كه با استاندارد 802.3ac معرفي گرديد، آخرين دستاورد IEEE در ارتقاء جايگاه اترنت مي‌باشد.

هدف اوليه و اصلي IEEE، گسترش استاندارد اوليه يعني IEEE 802.3ac به سرعت 10Gbpsو توسعه كاربردهاي آن به سطح شبكه‌هاي گسترده بوده‌است. به اين ترتيب در عين حفظ سازگاري با شبكه‌هاي موجود، مرزهاي بيشتري به تصرف اين فناوري در مي‌آيد. گروه IEEE 802.3ac پنج معيار ذيل را به عنوان مشخصه‌هاي اوليه اترنت 10G تعريف نموده است:

1- بايد بازار بالقوه بزرگي داشته‌باشد، كاربردهاي متنوعي را پشتيباني كند و همچنين سازندگان و مشتريان فعلي اترنت آن را پشتيباني كنند.

2- بايد با ساير استانداردهاي موجود سري 802.3 IEEE، همچنين مدل مرجع شبكه (OSI) و استاندارد مديريت شبكه‌ها موسوم به SNMP سازگار باشد.

3- بايد به حدي متمايز از گونه‌هاي موجود 802.3 IEEE باشد كه به عنوان راه حلي جديد شناخته شود.

4- بايد صحت عملكرد آن‌ها پيش از پذيرش نهايي توسط آزمايش‌هاي عملي تأئيد شود.

5- بايد به لحاظ هزينه در حد قابل قبول كاربران باشد. به عبارت ديگر افزايش هزينه‌ها (شامل خريد تجهيزات، نصب، مديريت و نگهداري شبكه) به‌صورت معقول و متناسب با  افزايش كارآيي باشد.

استاندارد اترنت 10G 

شكل 2- معماري استاندارد 802.3ae

اترنت 10G از بسياري جهات از اصول پايه اترنت پيروي مي‌كند. براي مثال از همان پروتكل كنترل دسترسي به محيط انتقال (MAC) و فرمت اوليه بسته‌هاي اترنت در اترنت 10G استفاده مي‌شود. البته تفاوت‌هايي نيز وجود دارد. مثلاً اترنت 10Gبراي اولين بار منحصراً برروي فيبر نوري پياده مي‌شود و به صورت كاملا دو طرفه (Full Duplex) جريان اطلاعات را منتقل مي كند، بنابراين پديده برخورد ميان بسته هاي اطلاعاتي موسوم به Collision و همچنين مكانيسم‌ لازم براي تشخيص و كنترل آن يعني CSMA از پروتكل اوليه حذف گرديده است.  (شكل 2)

از ديدگاه مدل مرجع OSI، اترنت اساساً شامل پروتكل‌هاي دو لايه فيزيكي و كنترل لينك يعني لايه‌هاي 1 و 2 مي‌باشد، لايه فيزيكي در اترنت موسوم به PHY، محيط فيزيكي ارتباط (اعم از فيبر نوري يا كابل مسي) را به لايه كنترل لينك موسوم به MAC مرتبط مي‌نمايد.

مطابق تعريف 802.3ae، كه در شكل شماره 2 نشان داده شده است، لايه فيزيكي در اترنت 10Gخود به دو زيرلايه PMD (زيرلايه وابسته به محيط) و (PCS زيرلايه مربوط به سيگنالينگ) تقسيم مي‌شود. در حال حاضر دو گونه جداگانه از اترنت 10Gبراي استفاده در محيط شبكه‌هاي محلي (LAN) و شبكه‌هاي گستردهت (WAN) دارك ديده شده است كه البته تفاوت اين دو در سطح لايه PHY مي‌باشد و در سطوح بالاتر كاملاً مشابه رفتار مي‌كنند.
 
گونه WAN داراي خصوصيات گسترده‌تري نسبت به نوع LAN مي‌باشد. نرخ انتقال داده در LAN PHY 
دقيقاً برابر 10Gbps مي‌باشد و هدف آن پشتيباني كاربردهاي فعلي اترنت گيگابيتي با سرعت 10برابر بيشتر و به شكلي مقرون به صرفه‌تر مي‌باشد. ولي در مورد WAN PHY به جهت حفظ سازگاري با شبكه‌هاي انتقال موجود مانند SDH، مقدار 9.29Gbps انتخاب گرديده است.
 
تفاوت اصلي در وجود زير لايه اينترفيس WIS) WAN) مي‌باشد كه باعث تطابق بيشتر با مكانيسم انتقال شبكه‌هاي SDH مي‌گردد. جدول 1 خلاصه‌اي از مشخصات اينترفيس‌هاي استاندارد اترنت 10G، شامل نوع فيبر و طول موج ليزر مورد استفاده را نشان مي‌دهد.

اينترفيس‌هايي كه با كد S همراه مي‌باشند (مانند 10BASE-SR)، براي كار بر روي فيبرهاي MultiMode و طول موج 850 نانومتر در نظر گرفته شده اند و فواصل كوتاه 2 تا 300 متري را پوشش مي‌دهند.
 
اينترفيس‌هاي نوع R براي كار بر روي فيبر تاريك در نظر گرفته شده‌اند. فيبر تاريك اصطلاحي است كه  به فيبر نوري خام و بدون اتصال به سيستم‌هاي انتقال ديگر اطلاق مي‌شود، درصورتي‌كه اينترفيس‌هاي نوع W براي كار برروي سيستم‌هاي نوري ديگر مانند SDH طراحي شده‌اند.


اينترفيس‌هاي نوع L (شامل LR و LW) براي فواصل طولاني‌تر (تا 10 كيلومتر) در نظر گرفته شده‌اند كه طول موج 1310 nm و فيبر SingleMode دستيابي به اين فاصله را امكان‌پذير مي‌كند و به همين ترتيب انواع E (شامل ER و EW) براي فواصل بسيار طولاني (تا40 كيلومتر) طراحي گرديده‌اند، طول موج 1550 nm و نوع فيبر هم SingleMode مي‌باشد.

البته لازم به ذكر است كه  حداكثر مسافت قابل دستيابي، در عمل به نوع فيبر و نحوه انجام اتصالات بستگي دارد. اگرچه استاندارد، حداكثر مسافت قابل پياده‌سازي را 40 كيلومتر در نظر گرفته‌است، اما برخي از سازندگان در پياده‌سازي‌هاي خود، اين فاصله را تا 150 كيلومتر هم افزايش داده اند.

كاربردهاي اترنت 10G  
 اترنت گسترده‌ترين گز‌ينه مورد استفاده در شبكه‌هاي محلي (LAN) بوده و هست. اترنت 10Gبا حضور در محيط شبكه‌هاي شهري (MAN) و شبكه‌هاي گسترده (WAN) يكي از معدود فناوري‌هاي انتقال باشد كه در هر سه محيط به كار گرفته مي‌شود و ايده اترنت سراسري را جامع عمل مي‌پوشاند. البته در ابتدا نواحي شهري بزرگ تمركز بيشتري از به كارگيري خدمات اترنت 10G را شاهد مي‌باشند.
 

شكل 3- كاربرد اترنت 10Gدر شبكه هاي شهري

شبكه بزرگ فيبر نوري موجود در اين مناطق با بهره‌گيري از اترنت 10G در مسافت‌هاي 40 كيلومتر يا حتي بيشتر كار مي‌كند و بستري براي انواع خدمات شهري مي‌گردد.

سازگاري با تمامي شبكه‌هاي اترنت محلي موجود كه تبديل پروتكل يا فريم را به حداقل مي‌رساند و مسير تكاملي را بسيار ساده مي‌سازد، نكته كليدي در اين كاربرد مي‌باشد. (شكل 3)

شكل 4- كاربرد اترنت 10G در شبكه هاي محلي توسعه يافته

اترنت 10G براي كاربران فعلي شبكه هاي محلي نيز كاملاً مفيد خواهد بود. كاربردهاي تشنه پهناي باند بالا مانند پخش تصاوير زنده و تصويربرداري پزشكي با ضريب افزايش 10 برابري اين استاندارد، بهبود قابل توجهي مي‌يابند.
 
اتصالات پرظرفيت بين سرورها و سوييچ‌ها و همچنين اتصالات بين ساختمان‌ها با كمك ظرفيت و فواصل قابل دسترسي جديد، كاملاً بهبود مي‌يابند. در نتيجه شركت‌ها در گسترش شبكه و قرار دادن مكان منابع ديتا دچار هيچ‌گونه محدوديتي نخواهند بود. (شكل 4)


همچنين اترنت 10G زير‌ساختار مناسبي براي  شبكه‌هاي ذخيره سازي اعم از NAS و SAN را فراهم مي‌كند. تا قبل از معرفي 10G، بسياري از كارشناسان معتقد بودند كه اترنت فاقد توانائي‌هاي لازم جهت انتقال ترافيك‌ ديتا در حجم بزرگ مي‌باشد.
اما اترنت 10G، قادر است كارايي معادل با ساير فناوري‌هاي شبكه هاي ذخيره سازي
(مانند Fiber Channel و ltra SCSI) را ارائه دهد.

كاربرد اترنت 10G در شبكه‌هاي گسترده، فراهم‌كنندگان خدمات شبكه (NSP) و اينترنت (ICP/ISP) را قادر مي‌سازد، اتصالات پرظرفيت بين روترها و تجهيزات انتقال نوري را با هزينه بسيار پائين‌تري فراهم كنند و در عين حال با استفاده از زيرلايه WIS، ايجاد شبكه‌هاي گسترده اترنتي برروي شبكه هاي SDH فعلي تسهيل مي‌گردد.

وضعيت بازار اترنت 10G 
رشد ترافيك شبكه با سرعت فوق‌العاده، فراهم‌كنندگان خدمات شبكه و مديران شبكه‌هاي سازماني را به استفاده از فناوري‌هاي سريع‌تر متمايل نموده است. فراهم كنندگان به دنبال راه‌حل‌هايي با ظرفيت بيشتر مي‌باشند كه به طور همزمان هزينه اتصالات شبكه را كاهش دهند و در نتيجه حاشيه سود را افزايش دهند و قابليت اطمينان بالا از ديگر خواسته‌هاي كاربران مي‌باشد. اترنت 10Gحاوي بسياري از معيارهاي بالا مي‌باشد كه مزاياي ذيل را به دنبال مي‌آورد:

بازار اترنت از مزيت سازندگان فراوان و سابقه خود، به خوبي درجهت رقابت با هر نوع فناوري رقيب استفاده مي‌كند. پياده‌سازي اترنت 10Gدر برنامه اغلب سازندگان سوييچ‌ها، روترها و سيستم‌هاي نوري شهري مي‌باشد. شكل 5  پيش‌بيني گروه Gartner Dataquest را در مورد بازار تجهيزات شبكه اترنت 10G بر حسب ميليون دلار و در سطح جهان تا سال 2007 نشان مي دهد.

اولين نمايش عمومي
نمايشگاه تجاري Network+Interop (نوادا- آمريكا) در سال 2003، پذيراي اولين نمايش عمومي شبكه اترنت 10G  بود كه توسط (10GEA  10 Gigabit Ethernet Association) و با بهره‌گيري از محصولات 23 سازنده گوناگون، برپا شد. شبكه نمايشي، گستره‌اي در حدود 200 كيلومتر را در بر مي‌گرفت و از انواع اينترفيس‌هاي تعريف‌شده در پيش‌نويس IEEE 802.3ae برخوردار بود.

10 گره مركزي و 18 لينك 10G عناصر اصلي همبندي اين شبكه را تشكيل مي دادند. اين نمايش  به خوبي نشان داد كه اترنت 10G آماده به‌كارگيري و پياده‌سازي در سراسر دنيا مي‌باشد.

سخن آخر
همزمان با تغييراتي كه اينترنت در ساختار تجارت و اقتصاد ايجاد مي‌كند، اترنت تنها به زمان نياز دارد تا به صورت فناوري لايه انتقال غالب دنيا درآيد. اترنت در موقعيتي قرار دارد كه كسب و كار الكترونيكي و تقاضا براي خدمات كم هزينه، محرك آن براي توسعه بيشتر مي‌باشند. اترنت با دستيابي به مرز 10G ديگر تنها مختص شبكه‌هاي محلي نيست و مي‌رود كه ارزش‌هاي ثابت‌شده و مزاياي اقتصادي خود را در شبكه‌هاي شهري و گسترده انتشار دهد.