T ng quan v công ngh Ethernet 10 Gigabit
Kh i ngu n t h n 25 năm qua, Ethernet đã đáp ng nhu c u ngày càng tăng cho các ơ
m ng chuy n m ch gói. Do chi phí th p, đ tin c y đã th thách trong nhi u năm, vi c
cài đ t và b o trì t ng đ i đ n gi n, nên Ethernet ngày càng đ c s d ng nhi u trong ươ ơ ượ
các h th ng m ng. Đ đáp ng yêu c u v t c đ , Ethernet đã thích ng đ x lý nhi u
t c đ nhanh h n cũng nh nh ng yêu c u v dung l ng đi kèm theo chúng. ơ ư ượ
IEEE 802.3ae* 2002 (chu n Ethernet 10 Gigabit) [1] khác bi t v i các chu n Ethernet tr c đây ướ
m t s đi m nh ch đ c th c hi n trên cáp s i quang và ch ho t đ ng trong ch đ song ư ượ ế
công toàn ph n (fullduplex mode). V i Ethernet 10 Gigabit, các giao th c phát hi n xung đ t là
không c n thi t. Hi n nay, Ethernet có th x lý cho đ n 10 Gbit/s trong khi v n b o đ m duy trì ế ế
các thu c tính Ethernet c b n nh đ nh d ng gói tin và các kh năng hi n có và có th d dàng ơ ư
chuy n sang chu n m i.
Chu n Ethernet 10 Gigabit
Chu n Ethernet 10 Gigabit m r ng các giao th c chu n IEEE 802.3ae* lên t i t c đ đ ng ườ
truy n là 10 Gbit/s và m r ng ph m vi ng d ng c a Ethernet nh bao g m c các liên k t ư ế
t ng thích WAN. Chu n Ethernet 10 Gigabit cho phép tăng băng thông đáng k trong khi v nươ
duy trì kh năng t ng thích t i u v i n n t ng đã đ c cài đ t c a các giao di n chu n 802.3, ươ ư ượ
b o toàn v n đ u t tr c đó trong nghiên c u, phát tri n và duy trì nh ng nguyên t c đang t n ư ướ
t i c a ho t đ ng và qu n lý m ng.
D i mô hình OSI (Open Systems Interconnection), v c b n Ethernet n m giao th c l p 1ướ ơ
và l p 2. Ethernet 10 Gigabit v n gi l i ki n trúc Ethernet c b n, bao g m giao th c MAC [2], ế ơ
đ nh d ng khung Ethernet và kích th c t i thi u và t i đa c a khung. Đúng nh Ethernet ướ ư
Gigabit, 1000BASE-X [1] và 1000BASE-T [1], ti p n i mô hình Ethernet chu n, Ethernet 10ế
Gigabit ti p t c cu c cách m ng Ethernet v m t t c đ và kho ng cách, trong khi v n gi l iế
ki n trúc Ethernet đã đ c s d ng trong các đ c t Ethernet khác. T khi Ethernet 10 Gigabit ế ượ
công ngh ch ch y full-duplex (song công toàn ph n), nó không c n đ n giao th c CSMA/CD ế
[3] đ c s d ng trong nh ng công ngh Ethernet tr c đó ( m t vài khía c ch nào đó,ượ ướ
Ethernet 10 Gigabit t ng x ng v i mô hình Ethernet nguyên thu ).ươ
Hình 1 Các thành ph n ki n trúc c a chu n 802.3ae* ế
T i l p v t lý (l p 1 c a mô hình OSI), m t thi t b l p v t lý Ethernet (PHY) k t n i môi tr ng ế ế ườ
truy n là cáp quang hay cáp đ ng v i l p MAC [2] thông qua m t công ngh ghép n i (xem Hình
1). Ngoài ra, ki n trúc Ethernet chia l p v t lý thành ba l p con là PMD (Physical Mediumế
Dependent), PMA (Physical Medium Attachment) và PCS (Physical Coding Sublayer). Các PMD
cung c p k t n i v t lý và báo hi u cho môi tr ng truy n; ví d các máy thu phát quang (optical ế ườ
transceiver) là các PMD. PCS bao g m mã hoá (ví d nh 64B/66B) và m t serializer ư hay
multiplexor (b d n kênh). Chu n IEEE 802.3ae* đ nh nghĩa hai ki u PHY: PHY LAN và PHY
WAN. Chúng cung c p cùng ch c năng ho t đ ng, ngo i tr PHY WAN có m t t p tính năng
m r ng trong PCS cho phép k t n i v i m t s m ng khác. ế
Th tr ng Ethernet 10 Gigabit ườ
Công ngh Ethernet hi n t i là công ngh đ c tri n khai nhi u nh t cho các môi tr ng LAN ượ ườ
t c đ cao. Các doanh nghi p trên toàn th gi i đã đ u t cáp, thi t b , quy trình và c các khoá ế ư ế
đào t o chuyên v Ethernet. Ngoài ra, s hi n di n c a Ethernet kh p m i n i đã gi cho giá ơ
thành c a m c th p và v i m i s tri n khai c a công ngh Ethernet th h ti p theo, các ế ế
chi phí cho tri n khai có chi u h ng gi m. Trong các m ng ngày nay, s tăng l u l ng m ng ướ ư ượ
trên toàn c u đang đ nh h ng cho các nhà cung c p d ch v , các nhà qu n tr và thi t k m ng ướ ế ế
doanh nghi p chú ý h n đ n các công ngh m ng t c đ cao đ gi i quy t các nhu c u băng ơ ế ế
thông ngày càng tăng. Hi n t i Ethernet 10 Gigabit có t c đ nhanh g p 10 l n so v i Ethernet
Gigabit. V i vi c b sung Ethernet 10 Gigabit vào h các công ngh Ethernet, m t m ng LAN
bây gi có th đ t đ c các kho ng cách xa h n và có th h tr các ng d ng c n nhi u băng ượ ơ
thông h n. Ethernet 10 Gigabit cũng làm tho mãn m t s tiêu chí v t c đ , hi u qu và là sơ
l a ch n đ ng nhiên cho s phát tri n, m r ng và nâng c p các m ng Ethernet hi n t i: ươ
M t c s h t ng Ethernet hi n th i c a khách hàng có th ho t đ ng m t cách d dàng v i ơ
Ethernet 10 Gigabit. Công ngh m i cung c p giá thành th p bao g m c vi c thu l i và h tr
giá so v i các công ngh l a ch n hi n t i.
Vi c s d ng các qui trình x lý, các giao th c và các công c qu n tr đã s n sàng đ c tri n ượ
khai và Ethernet 10 Gigabit cho th y các công c qu n lý quen thu c và m t n n t ng k năng
ph thông.
Tính linh ho t trong vi c thi t k m ng v i các k t n i máy ch , thi t b chuy n m ch và b đ nh ế ế ế ế
tuy n.ế
Nhi u ngu n cung c p các s n ph m d a trên c s các chu n có th ho t đ ng cùng nhau đã ơ
đ c th thách trong m t th i gian dài.ượ
Trong khi Ethernet 10 Gigabit đang thâm nh p th tr ng và các nhà cung c p thi t b chuy n ư ế
giao các thi t b m ng Ethernet 10 Gigabit, b c ti p theo cho các m ng doanh nghi p và cácế ướ ế
m ng c a nhà cung c p d ch v s k t h p băng thông multi-gigabit v i các d ch v thông ế
minh, d n đ n các m ng phân c p, thông minh, multi-gigabit v i các liên k t x ng s ng và máy ế ế ươ
ch trong ph m vi đ n 10 Gbit/s. H i t các m ng ti ng nói và d li u ch y trên Ethernet tr ế ế
thành m t l a ch n th c t . Và trong khi TCP/IP h p nh t các d ch v và các tính năng nâng ế
cao, nh ti ng nói và hình nh đ c đóng gói, Ethernet c b n có th cũng mang theo các d chư ế ượ ơ
v này mà không c n ph i s a đ i.
Chu n Ethernet 10 Gigabit không ch tăng t c đ c a Ethernet lên 10 Gbit/s, mà còn m r ng
kh năng liên k t v i nhau và ph m vi ho t đ ng c a nó lên đ n 40 km. Gi ng nh Ethernet ế ế ư
Gigabit, chu n Ethernet 10 Gigabit (IEEE 802.3ae*) h tr c hai môi tr ng truy n cáp s i ườ
quang là “singlemode” [4] và “multimode”[4]. Tuy v y, đ cho 10 Gigabit, kho ng cách cho cáp
quang “single-mode” đ c m r ng t 5 km trong Ethernet Gigabit lên đ n 40 km trong Ethernetượ ế
10 Gigabit. L i th c a vi c đ t đ c kho ng cách m i cho phép các công ty qu n lý LAN c a ế ượ
b n thân h có th m r ng trung tâm d li u lên đ n 40 km tính t các campus (khu tr ng) ế ườ
c a h . Đi u đó cho phép h h tr nhi u campus h n trong ph m vi 40 km. ơ
Các ng d ng cho Ethernet 10 Gigabit
Các nhà cung c p và ng i dùng đ u cho r ng chi phí cho Ethernet là không đ t, hi u r ng ra ườ
có nghĩa vi c tri n khai r ng kh p t ng thích v i nh ng th đã có trong các m ng LAN hi n t i. ươ
Ngày nay m t gói tin khi r i kh i m t máy ch trên m t c ng Ethernet Gigabit, đ c truy n đi ượ
trong ph m vi qu c gia qua m t m ng DWDM (Dense-Wave Division Multiplexing)[5] và tìm th y
đ ng đi c a nó đ n m t PC đ c g n vào m t c ng cáp đ ng Gigabit, t t c không c n ph iườ ế ượ
đóng gói l i hay chuy n đ i giao th c. Ethernet theo nghĩa đen có nghĩa kh p m i n i và ơ
Ethernet 10 Gigabit duy trì s chuy n giao liên t c v m t ch c năng cho b t c ng d ng nào
mà Ethernet áp d ng vào.
Ethernet 10 Gigabit đ c s d ng cho các m ng máy ch (server area network) hay các m ngượ
vùng l u gi (storage area network), theo truy n th ng là vùng các m ngư
chuyên d ng gi đ c quy n v i nh ng n n t ng ng i dùng t ng đ i ườ ươ
nh khi so sánh v i Ethernet. Các m ng vùng máy ch này cho m t băng
thông tuy t v i đ i v i các m ng ph m vi nh (th ng nh h n 20 m). Tuy ườ ơ
v y, chúng là nh ng m ng gi đ c quy n r t khó tri n khai và b o trì.
M ng dung l ng nh cũng d n đ n chi phí cao h n cho các b ti p h p ượ ế ơ ế
máy ch và các b chuy n m ch. Nh v i b t c gi i pháp gi đ c quy n ư
nào, chúng không th ho t đ ng cùng v i các công ngh khác mà không
c n đ n các b đ nh tuy n và các thi t b chuy n m ch thích h p. ế ế ế
Trong các m ng vùng l u tr , vi c thi u các chu n và m t s v n đ v ư ế
kh năng ho t đ ng cùng nhau gây khó khăn khi tri n khai Fibre Channel ban đ u. Tuy nhiên,
nh ng công ngh này cũng g p ph i m t s v n đ t ng t nh đã x y ra trong các m ng ươ ư
vùng máy ch gi đ c quy n do thi u đ u t . Tóm l i, Ethernet 10 Gigabit đ c s d ng đ ế ư ượ
thay th các công ngh đ c quy n và nh m t th h k ti p liên k t các m ng vùng máy chế ư ế ế ế ế
và l u tr v i nhau do m t vài lý do:ư
- Ethernet 10 Gigabit cho m t băng thông thi t y u. ế ế
- H p nh t máy ch d n đ n tiét ki m giá thành. ế
- S tăng tr ng có k ho ch c a các tính năng m ng 10 Gigabit. ưở ế
Ngoài ra, vi c tri n khai toàn b công ngh TOE (TCP/IP Offload Engine) [6] đ c ch đ i trong ượ
các adapter Ethernet 10 Gigabit có th làm cho nó đ c bi t hi u qu trên các h th ng máy ch
v i vi c t n d ng CPU mong mu n nh đã th y trên các h th ng hi n th i đang tri n khai ư
Ethernet Gigabit. Do t c đ tho thu n trong ph m vi r ng c a Ethernet, công ngh TOE s tr
thành vô cùng hi u qu v giá thành khi so sánh v i các m ng dung l ng th p h n. ượ ơ
10 Gigabit Ethernet cho các m ng c c b (LAN)
Công ngh Ethernet luôn là m t công ngh đ c tri n khai nhi u nh t cho các môi tr ng LAN ượ ườ
t c đ cao. V i vi c m r ng Ethernet 10 Gigabit trong h các công ngh Ethernet, các LAN có
th h tr t t h n khi tăng s l ng các ng d ng “đói băng thông” và đ t đ c kho ng cách xa ơ ượ ượ
h n. T ng t nh Ethernet Gigabit, chu n 10 Gigabit h tr môi tr ng truy n quang c haiơ ươ ư ườ
ch đ “single-mode” và “multimode”[4].ế
V i các liên k t lên đ n 40 km, Ethernet 10 Gigabit cho phép các công ty qu n lý các môi tr ng ế ế ườ
LAN c a b n thân h có kh năng l a ch n v trí cho trung tâm d li u và các khu máy ch
(server farm) – trong ph m vi 40 km tính t các campus c a h . Đi u đó cho phép h h tr
nhi u khu tr ng h n trong ph m vi này (Hình 2). Bên trong các trung tâm d li u, các ng d ng ườ ơ
“switch-to-switch” cũng nh “switch-to-server” có th đ c tri n khai nh m t môi tr ng truy nư ượ ườ
quang sinh lãi “multi-mode” đ t o ra các x ng s ng Ethernet 10 Gigabit h tr đ c l c s tăng ươ
liên t c các ng d ng “đói băng thông”.
Hình 2. S d ng Ethernet 10 Gigabit (10 GbE) trong các môi tr ng LAN m r ng. ườ
V i x ng s ng 10 Gigabit, các công ty có th d dàng h tr k t n i Ethernet Gigabit trong các ươ ế
máy tr m và máy đ bàn đ làm gi m t c ngh n trên m ng, cho phép th c thi các ng d ng
c n nhi u băng thông. Ethernet 10 Gigabit cũng c i thi n đ tr cho m ng, do t c đ c a liên
k t cung c p quá băng thông c n thi t đ bù vào s bùng n d li u trong các ng d ng doanhế ế
nghi p. Băng thông đ ng tr c 10 Gigabit cũng t o đi u ki n cho th h ti p sau c a các ng ườ ế ế
d ng m ng phát tri n . Nó h tr vi c chăm sóc s c kho t xa, truy n hình, h i ngh truy n
hình s ... s thay th kh năng đi u khi n t xa trong t ng lai. Và c nh ng th nh HDTV ế ươ ư
(high definition television), video-ondemand hay trò ch i trên Internet.ơ
Ethernet 10 Gigabit cho phép các doanh nghi p gi m t c ngh n trên m ng, tăng c ng s d ng ườ
các ng d ng c n nhi u băng thông và cho ra nh ng quy t đ nh mang tính chi n l c h n v v ế ế ượ ơ
trí các thi t b k t n i m ng ch y u do s m r ng m ng LAN c a h trong ph m vi 40 km.ế ế ế
Kh i ngu n t h n 25 năm qua, Ethernet đã đáp ng nhu c u ngày càng tăng cho các ơ
m ng chuy n m ch gói. Do chi phí th p, đ tin c y đã th thách trong nhi u năm, vi c
cài đ t và b o trì t ng đ i đ n gi n, nên Ethernet ngày càng đ c s d ng nhi u trong ươ ơ ượ
các h th ng m ng. Đ đáp ng yêu c u v t c đ , Ethernet đã thích ng đ x lý nhi u
t c đ nhanh h n cũng nh nh ng yêu c u v dung l ng đi kèm theo chúng. ơ ư ượ
Ethernet 10 Gigabit cho các m ng vùng đô th (MAN) và các ng d ng l u gi ư
Ethernet Gigabit đã đ c tri n khai nh m t công ngh x ng s ng cho các m ng đô th “darkượ ư ươ
fiber” [7]. V i các giao di n Ethernet 10 Gigabit thích h p nh máy thu phát vô tuy n quang và ư ế
cáp s i quang “singlemode”, các nhà cung c p d ch v m ng và Internet có kh năng xây d ng
các liên k t r ng t i 40 km hay h n (Hình 3) bao quanh các vùng đô th v i các m ng tr i r ngế ơ
trên toàn thành ph .
Ethernet 10 Gigabit hi n cho phép c s h t ng t c đ cao, sinh l i cho c NAS (network ơ
attached storage) và SAN (storage area networks). Các máy ch l u gi Ethernet Gigabit, các ư
th vi n băng (tape) và các máy ch tính toán luôn t th s n sàng; các thi t b đi m cu iư ư ế ế
Ethernet 10 Gigabit ch ng bao lâu n a s xu t hi n trên th tr ng. ườ
Hình 3. Ví d v vi c s d ng Ethernet 10 Gigabit (10GbE) trong m t m ng MAN.
Có nhi u các ng d ng cho Ethernet Gigabit ngày nay nh back-up và database ư mining. M t s
trong các ng d ng đó s n m l y l i th c a Ethernet 10 Gigabit là Business ế
continuance/disaster recovery, Remote back-up, Storage on demand và Streaming media.
Ethernet 10 Gigabit trong các m ng di n r ng WAN
Ethernet 10 Gigabit cho phép các ISP (Internet service provider) và NSP (network service
provider) t o ra các liên k t t c đ r t cao v i giá thành r t th p t các thi t b chuy n m ch và ế ế
b đ nh tuy n trong ph m vi công ty cho đ n thi t b quang “gán” tr c ti p vào SONET/SDH [8]. ế ế ế ế
Ethernet 10 Gigabit v i PHY WAN cũng ch p nh n c u trúc các WAN k t n i v m t đ a lý v i ế
các LAN phân tán gi a các khu tr ng (campus) hay các POP (points of presence) thông qua ườ
các m ng SONET/SDH/TDM [8] hi n t i. Các liên k t Ethernet 10 Gigabit gi a m t thi t b ế ế
chuy n m ch c a nhà cung c p d ch v và m t thi t b DWDM (Dense-Wave Division ế
Multiplexing)[5] hay LTE (line termination equipment)[9] trong th c t r t g n (< 300 mét). ế
S d ng cáp s i quang trong Ethernet 10 Gigabit
Các thiêt b PMD (Physical-Media-Dependent)
Chu n IEEE 802.3ae* cung c p m t l p v t lý (physical layer) h tr các kho ng cách liên k t ế
đ c tr ng cho môi tr ng truy n là cáp s i quang. Đ đ i phó v i các m c tiêu kho ng cách, ư ườ
b n thi t b PMD đ c ch n. ế ượ
- M t PMD serial 1310 nm h tr cáp quang “single-mode” v i m t kho ng cách t i đa 10 km
- M t PMD serial 1550 nm h tr cáp quang “single-mode” v i m t kho ng cách t i đa 40 km.
- M t PMD serial 850 nm h tr cáp quang “multimode” v i m t kho ng cách t i đa 300 m.
- M t PMD WWDM[13] 1310 nm h tr m t kho ng cách t i đa 10 km cho cáp s i quang “single-
mode” cũng nh m t kho ng cách t i đa 300 m cho cáp s i quang “multimode”.ư
Cáp s i quang
Có hai lo i cáp s i quang, cáp s i quang “multimode” và “singlemode”, đ c s d ng hi n th i ượ
trong k t n i m ng d li u và các ng d ng truy n thông. Công ngh Ethernet 10 Gigabit, nhế ư
đ nh nghĩa trong chu n IEEE 802.3ae*, h tr c hai ki u cáp s i quang này. Tuy v y, các
kho ng cách đ c h tr tuỳ vào các ki u cáp s i quang và b c sóng (nm) đ c th c thi trong ượ ướ ượ
ng d ng. Trong các ng d ng cáp s i quang “single-mode”, chu n IEEE 802.3ae h tr 10 km
v i ki u truy n 1310 nm và 40 km v i ki u truy n 1550 nm. V i cáp s i quang “multimode”, các
kho ng cách này không d xác đ nh do tính đa d ng các ki u cáp s i quang và cách th c m i
ki u đ c xác đ nh. Cáp s i quang “multimode” thông th ng đ c xác đ nh b i lõi (core)[15] và ượ ườ ượ
đ ng kính c a l p s n ph (cladding)[14]. Ch ng h n, cáp s i quang v i lõi 62.5 micron vàườ ơ
đ ng kính l p s n ph 125 micron thu c lo i cáp s i quang 62.5/125. Y u t khác có nhườ ơ ế
h ng đ n kho ng cách trong cáp s i quang “multimode” là thông tin mang dung l ng (đ c đoư ế ượ ượ
b ng MHz-km) xác đ nh kho ng cách và t c đ đo b ng bit t i n i mà m t h th ng có th ho t ơ
đ ng (ví d 1 Gbit/s hay 10 Gbit/s). Kho ng cách m t tín hi u đ c truy n gi m đi trong khi t c ượ
đ truy n tăng lên.
Khi th c hi n cáp s i quang “multimode” cho các ng d ng Ethernet 10 Gigabit, s am hi u các
kh năng v kho ng cách là m t thành ph n quan tr ng cho các gi i pháp Ethernet 10 Gigabit.
T ng lai c a Ethernet 10 Gigabitươ
IEEE 802.3* m i đây đã thành l p hai nhóm nghiên c u đ đi u tra nghiên c u Ethernet 10
Gigabit cho cáp đ ng. Nhóm nghiên c u 10GBASE-CX4 đang phát tri n m t chu n cho truy n
và nh n các tín hi u XAUI (X-Attachment Unit Interface, X ch 10 Gbit/s) qua m t cáp twinax 4
đôi. M c đích c a nhóm nghiên c u này là cung c p m t chu n cho m t gi i pháp chi phí th p
trong n i b “rack” (giá đ ) và “rack-to-rack”. Hi v ng trong vòng m t năm chu n này có th
hoàn thành. Nhóm nghiên c u 10GBASE-T cũng đang phát tri n m t chu n cho truy n và nh n
Ethernet 10 Gigabit thông qua m t Category 5 hay t t h n là cáp đ ng UTP (unshielded twisted ơ
pair) có kho ng cách 100 m. Th i gian cho vi c th c hi n này có th kéo dài h n vi c th c hi n ơ
10GBASE-CX4 và d ki n hoàn thành trong cu i năm 2005 hay đ u năm 2006. ế
L i k t ế
Ethernet đã v t qua th thách c a th i gian đ tr thành công ngh k t n i m ng đ c ch pượ ế ượ
nh n r ng kh p trên toàn c u. V i vi c ra đ i các thi t b ph thu c m ng và s tăng tr ng v i ế ưở
s l ng l n các ng d ng c n nhi u băng thông, các nhà cung c p d ch v theo đu i các gi i ượ
pháp k t n i m ng hi u su t cao h n có th làm đ n gi n hoá và làm gi m chi phí toàn b c aế ơ ơ