Tổng quan về công nghệ Ethernet 10 Gigabit - Phần II

Khởi nguồn từ hơn 25 năm qua, Ethernet đã đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng cho các mạng chuyển mạch gói. Do chi phí thấp, độ tin cậy đã thử thách trong nhiều năm, việc cài đặt và bảo trì tương đối đơn giản, nên Ethernet ngày càng được sử dụng nhiều trong các hệ thống mạng. Để đáp ứng yêu cầu về tốc độ, Ethernet đã thích ứng để xử lý nhiều tốc độ nhanh hơn cũng như những yêu cầu về dung lượng đi kèm theo chúng.

Ethernet 10 Gigabit cho các mạng vùng đô thị (MAN) và các ứng dụng lưu giữ

Ethernet Gigabit đã được triển khai như một công nghệ xương sống cho các mạng đô thị “dark fiber” [7]. Với các giao diện Ethernet 10 Gigabit thích hợp như máy thu phát vô tuyến quang và cáp sợi quang “singlemode”, các nhà cung cấp dịch vụ mạng và Internet có khả năng xây dựng các liên kết rộng tới 40 km hay hơn (Hình 3) bao quanh các vùng đô thị với các mạng trải rộng trên toàn thành phố.

Ethernet 10 Gigabit hiện cho phép cơ sở hạ tầng tốc độ cao, sinh lời cho cả NAS (network attached storage) và SAN (storage area networks). Các máy chủ lưu giữ Ethernet Gigabit, các thư viện băng (tape) và các máy chủ tính toán luôn ở tư thế sẵn sàng; các thiết bị điểm cuối Ethernet 10 Gigabit chẳng bao lâu nữa sẽ xuất hiện trên thị trường.

Hình 3. Ví dụ về việc sử dụng Ethernet 10 Gigabit (10GbE) trong một mạng MAN.

Có nhiều các ứng dụng cho Ethernet Gigabit ngày nay như back-up và database mining. Một số trong các ứng dụng đó sẽ nắm lấy lợi thế của Ethernet 10 Gigabit là Business continuance/disaster recovery, Remote back-up, Storage on demand và Streaming media.

Ethernet 10 Gigabit trong các mạng diện rộng WAN

Ethernet 10 Gigabit cho phép các ISP (Internet service provider) và NSP (network service provider) tạo ra các liên kết tốc độ rất cao với giá thành rất thấp từ các thiết bị chuyển mạch và bộ định tuyến trong phạm vi công ty cho đến thiết bị quang “gán” trực tiếp vào SONET/SDH [8]. Ethernet 10 Gigabit với PHY WAN cũng chấp nhận cấu trúc các WAN kết nối về mặt địa lý với các LAN phân tán giữa các khu trường (campus) hay các POP (points of presence) thông qua các mạng SONET/SDH/TDM [8] hiện tại. Các liên kết Ethernet 10 Gigabit giữa một thiết bị chuyển mạch của nhà cung cấp dịch vụ và một thiết bị DWDM (Dense-Wave Division Multiplexing)[5] hay LTE (line termination equipment)[9] trong thực tế rất gần (< 300 mét).

Sử dụng cáp sợi quang trong Ethernet 10 Gigabit

Các thiêt bị PMD (Physical-Media-Dependent)

Chuẩn IEEE 802.3ae* cung cấp một lớp vật lý (physical layer) hỗ trợ các khoảng cách liên kết đặc trưng cho môi trường truyền là cáp sợi quang. Để đối phó với các mục tiêu khoảng cách, bốn thiết bị PMD được chọn.

- Một PMD serial 1310 nm hỗ trợ cáp quang “single-mode” với một khoảng cách tối đa 10 km
- Một PMD serial 1550 nm hỗ trợ cáp quang “single-mode” với một khoảng cách tối đa 40 km.
- Một PMD serial 850 nm hỗ trợ cáp quang “multimode” với một khoảng cách tối đa 300 m.
- Một PMD WWDM[13] 1310 nm hỗ trợ một khoảng cách tối đa 10 km cho cáp sợi quang “single-mode” cũng như một khoảng cách tối đa 300 m cho cáp sợi quang “multimode”.

Cáp sợi quang

Có hai loại cáp sợi quang, cáp sợi quang “multimode” và “singlemode”, được sử dụng hiện thời trong kết nối mạng dữ liệu và các ứng dụng truyền thông. Công nghệ Ethernet 10 Gigabit, như định nghĩa trong chuẩn IEEE 802.3ae*, hỗ trợ cả hai kiểu cáp sợi quang này. Tuy vậy, các khoảng cách được hỗ trợ tuỳ vào các kiểu cáp sợi quang và bước sóng (nm) được thực thi trong ứng dụng. Trong các ứng dụng cáp sợi quang “single-mode”, chuẩn IEEE 802.3ae hỗ trợ 10 km với kiểu truyền 1310 nm và 40 km với kiểu truyền 1550 nm. Với cáp sợi quang “multimode”, các khoảng cách này không dễ xác định do tính đa dạng các kiểu cáp sợi quang và cách thức mỗi kiểu được xác định. Cáp sợi quang “multimode” thông thường được xác định bởi lõi (core)[15] và đường kính của lớp sơn phủ (cladding)[14]. Chẳng hạn, cáp sợi quang với lõi 62.5 micron và đường kính lớp sơn phủ 125 micron thuộc loại cáp sợi quang 62.5/125. Yếu tố khác có ảnh hưởng đến khoảng cách trong cáp sợi quang “multimode” là thông tin mang dung lượng (được đo bằng MHz-km) xác định khoảng cách và tốc độ đo bằng bit tại nơi mà một hệ thống có thể hoạt động (ví dụ 1 Gbit/s hay 10 Gbit/s). Khoảng cách một tín hiệu được truyền giảm đi trong khi tốc độ truyền tăng lên.

Khi thực hiện cáp sợi quang “multimode” cho các ứng dụng Ethernet 10 Gigabit, sự am hiểu các khả năng về khoảng cách là một thành phần quan trọng cho các giải pháp Ethernet 10 Gigabit.

Tương lai của Ethernet 10 Gigabit

IEEE 802.3* mới đây đã thành lập hai nhóm nghiên cứu để điều tra nghiên cứu Ethernet 10 Gigabit cho cáp đồng. Nhóm nghiên cứu 10GBASE-CX4 đang phát triển một chuẩn cho truyền và nhận các tín hiệu XAUI (X-Attachment Unit Interface, X chỉ 10 Gbit/s) qua một cáp twinax 4 đôi. Mục đích của nhóm nghiên cứu này là cung cấp một chuẩn cho một giải pháp chi phí thấp trong nội bộ “rack” (giá để) và “rack-to-rack”. Hi vọng trong vòng một năm chuẩn này có thể hoàn thành. Nhóm nghiên cứu 10GBASE-T cũng đang phát triển một chuẩn cho truyền và nhận Ethernet 10 Gigabit thông qua một Category 5 hay tốt hơn là cáp đồng UTP (unshielded twisted pair) có khoảng cách 100 m. Thời gian cho việc thực hiện này có thể kéo dài hơn việc thực hiện 10GBASE-CX4 và dự kiến hoàn thành trong cuối năm 2005 hay đầu năm 2006.

Lời kết

Ethernet đã vượt qua thử thách của thời gian để trở thành công nghệ kết nối mạng được chấp nhận rộng khắp trên toàn cầu. Với việc ra đời các thiết bị phụ thuộc mạng và sự tăng trưởng với số lượng lớn các ứng dụng cần nhiều băng thông, các nhà cung cấp dịch vụ theo đuổi các giải pháp kết nối mạng hiệu suất cao hơn có thể làm đơn giản hoá và làm giảm chi phí toàn bộ của công việc kết nối mạng, như vậy việc cho phép phân biệt dịch vụ sinh lời, trong khi vẫn duy trì độ tin cậy ở mức cao. Chuẩn Ethernet 10 Gigabit IEEE 802.3ae* đã chứng minh để trở thành một giải pháp vững chắc cho những thách thức về công nghệ kết nối mạng.

Ethernet 10 Gigabit là một cuộc cách mạng tất yếu của chuẩn tồn tại trong một thời gian dài IEEE 802.3* về mặt tốc độ và khoảng cách. Ngoài ra, để tăng dần tốc độ đường truyền cho các mạng doanh nghiệp, nó mở rộng những giá trị đã kinh qua thử thách của Ethernet và mang lại lợi nhuận cho các mạng vùng đô thị (MAN) và mạng diện rộng (WAN).

Một cơ sở hạ tầng tối ưu Ethernet đang được tổ chức trong các vùng đô thị và nhiều vùng đô thị hiện tại là sự tập trung phát triển mạng cường độ cao có xu hướng chia xẻ các dịch vụ Ethernet quang. Ethernet 10 Gigabit đang trong lộ trình của hầu hết thiết bị chuyển mạch, bộ định tuyến và các nhà cung cấp hệ thống quang vùng đô thị nhằm:

- Sinh lãi, kết nối mức Gigabit giữa thiết bị truy nhập của khách hàng và các POP của nhà cung cấp dịch vụ với định dạng Ethernet vốn có.
- Truy nhập đơn giản, với mức giá thấp, tốc độ cao vào cơ sở hạ tầng mạng cáp quang vùng đô thị.
- Liên kết các khu trường đại học trên cơ sở mạng vùng đô thị thông qua cơ sở hạ tầng “dark fiber” [7], nhắm vào các khoảng cách từ 10 đến 40 km.
- Các mạng cáp quang đầu cuối với các hệ thống quản lý công cộng.
Hoàng Linh

Chú thích

[1] 802.3ae – Chuẩn IEEE cho Ethernet 10 Gigabit, 802.3ab – Chuẩn IEEE cho Ethernet Gigabit UTP (1000BASE-T), 802.3z – Chuẩn IEEE cho Ethernet Gigabit (1000BASE-X).

[2] MAC (Media Access Control) – Lớp con điều khiển truy nhập đường truyền cung cấp một kết nối logic giưa các client MAC của bản thân nó và trạm ngang hàng. Trách nhiệm chính là khởi tạo, điều khiển và quản lý kết nối với trạm ngang hàng. Lớp MAC (MAC layer) của giao thức 10 Gigabit sử dụng cùng địa chỉ Ethernet và các định dạng khung như các tốc độ khác và sẽ hoạt động trong chế độ full-duplex. Nó hỗ trợ một tốc độ dữ liệu là 10 Gbit/s có sử dụng các cơ chế “pacing” để thích nghi tốc độ khi được kết nối với một PHY kiểu WAN.

[3] CSMA/CD (carrier-sensing multiple-access with collision detection) : Đa truy nhập bằng sóng mang với phát hiện xung đột. Đây là một cơ chế phát hiện xung đột của Ethernet khi phát các gói tin.

[4]“singlemode” & “multimode”: Trong công nghệ cáp quang, cáp sợi quang “single-mode” được thiết kế để truyền một tia sáng đơn hay chế độ ánh sáng như một sóng mang và được sử dụng cho truyền tín hiệu khoảng cách xa (nguồn sáng ở đây là một luồng sáng được tạo bởi đèn la-de). Cho khoảng cách gần, cáp sợi quang “multi-mode” được sử dụng. Cáp sợi quang “multi-mode” được dùng để truyền nhiều tia sáng hay nhiều chế độ ánh sáng xảy ra đồng thời, mà mỗi tia (hay chế độ) với một góc phản xạ khác nhau không đáng kể bên trong lõi của sợi quang (nguồn sáng là nhiều tia sáng được tạo bởi đèn LED). Cáp sợi quang “multi-mode” có đường kính lõi lớn hơn cáp sợi quang “single-mode”.

[5] DWDM (Dense-Wave Division Multiplexing) : Là một kỹ thuật “sắp xếp” dữ liệu vào cùng với nhau từ nhiều nguồn khác nhau trên một cáp sợi quang với mỗi tín hiệu được truyền tại cùng thời điểm trên bước sóng ánh sáng riêng biệt. Khi sử dụng DWDM, có đến 80 (về lý thuyết có thể nhiều hơn) bước sóng khác nhau hay kênh dữ liệu có thể được dồn vào một dòng ánh sáng (lightstream) được truyền trên một cáp sợi quang. Mỗi kênh mang một tín hiệu TDM (time division multiplexed). DWDM cũng còn được gọi là WDM (wave division multiplexing). DWDM hứa hẹn giải quyết vấn đề "fiber exhaust" (cạn kiệt nguồn sáng) và là công nghệ trong tất cả các mạng cáp quang trong tương lai.

[6] TOE (TCP/IP Offload Engine) : Là một công nghệ đang giành được ưa chuộng trong các hệ thống Ethernet tốc độ cao nhằm mục đích tối ưu hoá thông lượng. Các thành phần của TOE được tích hợp vào một trong những mảng mạch như NIC (network interface card) hay HBA (host bus adapter).

[7]“Dark fiber” – Một cơ sở hạ tầng cáp sợi quang (bao gồm cáp và các thiết bị lặp tín hiệu repeater) hiện đang tồn tại nhưng chưa được sử dụng. Cáp sợi quang vận chuyển thông tin dưới dạng các xung ánh sáng, ở đây "dark" có nghĩa ‘không có xung ánh sáng được gửi đi’. Chẳng hạn một số tiện ích cho việc cung cấp điện đã thiết đặt cáp sợi quang tại nơi đã có đường cáp điện đi qua với mục đích cho thuê cơ sở hạ tầng cho các công ty điện thoại và truyền hình cáp hay sử dụng nó để nối các văn phòng của họ với nhau. Để mô tả những cài đặt này chưa được sử dụng, người ta dùng từ “dark”. Dịch vụ "Dark fiber" là dịch vụ được cung cấp bởi các LEC (local exchange carrier) để duy trì dung lượng truyền bằng cáp sợi quang giữa những vị trí thuê bao.

[8]SONET/SDH/TDM: Synchronous Optical Network/Synchronous Digital Hierarchy/ Time Division Multiplexing. SONET là một chuẩn của American National Standards Institute để truyền dữ liệu đồng bộ trên môi trường truyền là cáp sợi quang. Tương đương với SONET về mặt quốc tế là SDH (synchronous digital hierarchy). Cùng nhau, chúng đảm bảo các chuẩn sao cho các mạng số có thể nối với nhau trên bình diện quốc tế và các hệ thống truyền quy ước đang tồn tại có thể nắm lấy lợi thế của môi trường cáp sợi quang. SONET cung cấp các chuẩn cho một số lượng lớn các tốc độ truyền cho đến 9.953 Gbit/s (tốc độ truyền thực tế vào khoảng 20 Gbit/s). SONET định nghĩa một tốc độ cơ sở là 51.84 Mbit/s và một tập tốc độ cơ sở được biết dưới tên Ocx (Optical Carrier levels)." Trong đó OC-192 là một tốc độ của SONET nối liền với một tốc độ tải (payload rate) bằng 9.584640 Gbit/s, chủ yếu được sử dụng trong các môi trường WAN.

[9] LTE (Line Termination Equipment)

[10] MMF (Multimode Fiber), SMF (Single-mode Fiber)

[11] WDM ( Wavelength Division Multiplexing)

[12] WIS (WAN Interface Sublayer)

[13] WWDM (Wide-Wavelength Division Multiplexing) : Một kỹ thuật được sử dụng để truyền hiệu quả nhiều bước sóng (ví dụ các màu của ánh sáng) từ nhiều nguồn la-de đi qua một sợi quang. Mỗi một nguồn la-de sẽ được xác định kích cỡ để gửi một bước sóng quang duy nhất.

[14] Cladding (lớp sơn phủ) : Chất liệu bao quanh core (lõi) của một sợi quang. “cladding” có một chỉ số khúc xạ thấp hơn (tốc độ nhanh hơn) chỉ số khúc xạ được sử dụng để giữ ánh sáng trong core. cladding và core tạo thành một kết cấu để dẫn sóng quang.

[15] Core (lõi) : Lõi trung tâm của một cáp sợi quang mà qua đó ánh sáng được truyền đi. Nó có chỉ số khúc xạ cao hơn (tốc độ chậm hơn) chỉ số khúc xạ của lớp sơn phủ (cladding) bao quanh nó.

Bài viết đã đưa:

Tổng quan về công nghệ Ethernet 10 Gigabit - Phần I

Thứ Bảy, 10/04/2004 10:45

3 ★ 1 👨 3.346