Влияние Ethernet на сетевые технологии в 2020 году

Автор оригинала: PETER JONES
  • Перевод
Перевод статьи подготовлен специально для студентов курса «Сетевой инженер». Набор на курс уже открыт.




НАЗАД В БУДУЩЕЕ С ОДНОПАРНЫМ ETHERNET 10 МБ/С — ПИТЕР ДЖОНС, ETHERNET ALLIANCE И CISCO


В это трудно поверить, но Ethernet 10 Мбит/с снова становится очень популярной темой в нашей отрасли. Меня спрашивают: «Почему мы возвращаемся в 1980-е годы?». Существует простой ответ, и для тех из нас, кто работал в отрасли в то время, он хорошо знаком. В ту эпоху, до того как Ethernet стал повсеместным, сети походили на дикий запад. У каждой были свои протоколы, физические уровни, коннекторы и т. д. Однако с тех пор IT сосредоточило базовый набор технологий в направлении Ethernet, который обеспечивает бесперебойную связь для миллиардов людей.

Если я посмотрю на потолок в моем офисе, то увижу точки беспроводного доступа, которые подключаются к Ethernet. Я также увижу индикаторы, датчики температуры, устройства HVAC, выходное освещение и многие другие типы устройств, которые в свою очередь этого не делают. Мир «Операционных технологий» выглядит как IT в 90-х годах, с таким широким диапазоном физических уровней и протоколов, что кажется будто каждый изобрел свой собственный (вот и связь).

Питер Джонс, Заслуженный Инженер, Cisco


Однопарная сеть Ethernet 10 Мбит/с (10SPE) была одобрена IEEE в ноябре 2019 года, добавив две новые спецификации физического уровня для поддержки данных и питания на 1000 м медного кабеля с одной витой парой, а также многоканального подключения с 8 узлами на 25 м кабеля. Эти атрибуты делают его уникально подходящим для включения Ethernet в пределах зданий и сетей промышленной автоматизации. Проект Advanced Physical Layer (APL) основан на 10SPE для работы в опасных зонах.

10SPE был разработан для удовлетворения потребностей пользователей в области автоматизации зданий и промышленности и упрощения и ускорения перехода на Ethernet. Это делает принятие существующих сетевых протоколов и сервисов легко решаемой проблемой, позволяя миру OT получить доступ к преимуществам 30 лет инноваций в области IT. Теперь у отрасли есть возможность строить единую общую сетевую инфраструктуру для объектов.

В год, когда Ethernet исполняется 40 лет, я с первых дней воодушевлен скоростью.

ETHERNET: ТЕХНОЛОГИЯ ГЛОБАЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЯ — НАТАН ТРЕЙСИ, ETHERNET ALLIANCE И TE CONNECTIVITY


2020 год принесет еще один эволюционный шаг в росте и доминировании Ethernet как глобальной технологии связи. Та же базовая технология, которая обеспечивала экономически эффективную связь по локальной сети в офисном секторе 40 лет назад, продолжает находить применение на новых рынках, поскольку каждый хочет получить выгоду от стоимости, производительности и гибкости, которые предлагает Ethernet.

Новые приложения, которые будут развивать решения Ethernet в 2020 году, включают проводные сети Ethernet в частных и коммерческих автомобилях со скоростью более 10 Гбит/с, а также разработку оптических сетей Ethernet для транспортной промышленности. Большинству уже известно о развитии автономных транспортных средств и их требованиях. Однако датчикам, камерам и системам управления, которые обеспечат такое чудо инженерной мысли, также потребуется высокопроизводительная сеть Ethernet для защиты пассажиров, которая также может предоставить все сетевые преимуществами индивидуального климат-контроля и отдельных аудио- и видео-развлечений. В то же время сеть должна обеспечивать приоритезацию трафика, связанного с безопасностью, над трафиком, связанным с комфортом и развлечениями..

Натан Трейси, Управляющий, Отраслевые стандарты, TE Connectivity


Для промышленных, коммерческих, автомобильных и домашних приложений мы увидим расширение указанной производительности Power over Ethernet (PoE), поскольку новые варианты PoE задокументированы и выведены на рынок для широкого спектра новых приложений и систем — от интеллектуальных зданий до бытовой техники и интернета вещей, датчиков и элементов управления. Чтобы гарантировать, что продукты PoE, продаваемые как соответствующие этим уровням производительности, были проверены сертифицированными сторонними лабораториями, Ethernet Alliance развернет следующую фазу программы сертификации PoE. Еще одна область быстрого внедрения новой технологии Ethernet — это приложения, обеспечивающие возможность подключения наших домов и предприятий к базовой сети посредством разработки технологии пассивной оптической сети (Passive Optical Network — PON) следующего поколения, которая обеспечит совокупные скорости уровня 50 Гбит/с по сетям, достигающим минимум 50 км.

Также будут поступать на рынок новые более высокие скорости передачи данных Ethernet для удовлетворения потребностей новых приложений с интенсивным использованием видео, доступных через «облачные» сети. Чтобы соответствовать скоростям передачи данных, таким как 100 Гбит/с, 200 Гбит/с и 400 Гбит/с, технологи разрабатывают новые материалы и новые архитектуры, которые позволят этим скоростям преодолевать то, что было невозможно в прошлом. Используя мощные инструменты моделирования и опираясь на прошлый опыт, но с новыми материалами, мы увидим оборудование Ethernet, оптические модули, разъемы и кабели, которые позволяют операторам центров обработки данных в гипермасштабировании или «облаке» повышать масштабирование до новых уровней производительности и предоставлять новые услуги.

Действительно, 2020 год будет не только годом, когда IEEE 802.3 исполнится 40 лет, но и годом постоянного расширения и роста приложений Ethernet, производительности и скоростей передачи данных следующего поколения.

ПРОДОЛЖИТСЯ РАСШИРЕНИЕ ETHERNET НА НОВЫЕ РЫНКИ — ДЖИМ ТЕОДОРАС, ETHERNET ALLIANCE И HG GENUINE USA


В 2020 году Ethernet продолжит экспансию на новые рынки и приложения. Ethernet постепенно вытесняет многие альтернативные специализированные протоколы из-за его многочисленных преимуществ и масштаба экономии. А так как требования к пропускной способности продолжают расти в геометрической прогрессии, Ethernet должен был не только стать быстрее, но и перейти к более сложным форматам модуляции и большей параллелизации. Вместо битов в секунду мы теперь говорим о скорости в бодах; последовательные каналы теперь являются N-последовательными каналами со встроенными маркерами кадров, чтобы обеспечить выравнивание. Если мы вернемся назад и посмотрим на общую картину, Ethernet превратился из двухточечного канала связи в основу распределенных вычислительных сетей повсюду..

Джим Теодорас, Вице-президент по Исследованию и Разработке HG Genuine США


Более детально, 2020 год станет еще одной вехой для Ethernet с появлением 112 Гбит/с линейкой продуктов. Несмотря на то, что 100 Gigabit Ethernet не новы, достижение этой скорости в последовательных каналах не только делает доступным третье поколение оптимизированных по стоимости продуктов 100 Gigabit Ethernet, но также обеспечивает второе поколение 400 Gigabit Ethernet и первое 800 Gigabit в секунду. В экосистеме Ethernet все должно будет сделать скачок вперед, чтобы работать быстрее, шире и в более сложном формате модуляции. Начнет поставки первое поколение 400-гигабитных клиентских оптических трансиверов на основе 8x28Gbaud PAM4. В то же время, первые 800 Gigabit/s клиенты будут продемонстрированы в 8x100 Gigabit Ethernet и 2x400 Gigabit Ethernet. Обещание более дешевых последовательных линий связи в форме 400G-ZR наконец должно быть реализовано.

Поскольку большая часть оптических трансиверов и активных оптических кабелей потребляется в локальных вычислительных сетях, имеет смысл только минимизировать накладные расходы и напрямую подключать оптику к кремниевым IC внутри этих волокон. Совместно упакованная оптика далека от готовности к производству, но к 2020 году очень важная работа будет выполняться за кулисами, поскольку индустрия Ethernet смещает свою техническую мощь, а также средства на разработку в направлении интеграции оптических коммуникаций непосредственно на кремниевую матрицу.

ЭКОСИСТЕМА ETHERNET И ОБЛАЧНОЕ МАШИННОЕ ОБУЧЕНИЕ — РОБ СТОУН, ETHERNET ALLIANCE И BROADCOM


Рост пропускной способности глобальной сети во всех секторах традиционно обусловлен двумя основными факторами; добавление пользователей и добавление новых приложений. Несмотря на то, что количество пользователей продолжает расти, он затмевается требованиями к пропускной способности, обусловленными новыми приложениями, которые в конечном итоге требуют использования новых сетевых технологий для удовлетворения спроса. Одним из таких классов приложений, который стимулирует экспоненциальный рост в последние годы, является искусственный интеллект и машинное обучение (ML), в частности сверточные глубокие нейронные сети.

Развертывание системы ML включает два этапа. Во-первых, модели нейронной сети необходимо обучать с использованием обучающих наборов данных. Как только обученные модели признаны достаточно точными, они передаются в механизмы вывода, где конечные приложения могут использовать обученную модель для прогнозирования (или «выведения») результатов при условии классификации внешних данных или запросов..

Роб Стоун, Заслуженный Инженер, Broadcom


Чтобы ускорить процесс обучения ML, используется распараллеливание с участием нескольких отдельных узлов обучения. Это приводит к жестким требованиям к сети для распределения обучающих данных между узлами, а также во время последующего учебного процесса, поскольку параметры обмениваются между узлами для повышения точности модели. Во время вывода конечное приложение подчеркивает быстрый возврат результата, чтобы минимизировать задержку, видимую для конечного пользователя, и поэтому низкая задержка является критической. По этим причинам все крупные операторы гипермасштабирования теперь развернули собственное аппаратное обеспечение ML, а некоторые предлагают облачный ML в качестве услуги для приложений конечного пользователя. Конкуренция между различными облачными сервисами ML заставляет операторов продолжать инвестировать в модернизацию сетевой инфраструктуры, чтобы оставаться конкурентоспособными, что, в свою очередь, побуждает сообщество Ethernet реагировать на технологии, поддерживающие повышенные требования к пропускной способности, с проблемами сохранения приемлемого профиля мощности и стоимости.

Однако эти внутренние ML-системы бесполезны, если только входные данные не могут быть собраны и отправлены в механизмы логического вывода для выполнения прогнозов. Такие устройства, как автономные транспортные средства, промышленные IoT и интеллектуальные дома, офисы и города, используют разнообразный набор технологий подключения, беспроводной (персональные сети, а также локальные сети или WiFi), проводные, включая использование технологий Power over Ethernet, и сотовую связь (LTE и 5G). Все эти технологии в значительной степени используют экосистему Ethernet для создания экономически эффективных решений с широкими возможностями взаимодействия.


Натан Трейси в настоящее время входит в совет директоров Ethernet Alliance и активно участвует в работе организации в течение последних нескольких лет. Он является технологом в группе системной архитектуры и руководителем отраслевых стандартов для бизнес-подразделения «Данные и Устройства» в TE Connectivity, отвечает за разработку стандартов и работу с ключевыми клиентами для создания новых системных архитектур. Натан также является активным членом нескольких отраслевых ассоциаций, в настоящее время являясь президентом и членом совета директоров OIF, а также регулярно посещая и внося вклад в IEEE 802.3 и COBO.



Джим Теодорас является членом совета директоров Ethernet и вице-президентом по исследованиям и разработкам в HG Genuine USA. Он является опытным профессионалом в области оптической связи с заслуженной историей создания новых источников дохода благодаря сочетанию креативности, анализа рынка, взаимодействия с клиентами, межфункциональной командной работы и сопровождения. Он имеет более чем 30-летний опыт работы в отрасли электроники и оптики, охватывающий широкий спектр разнообразных тем. Джим — бывший президент Ethernet Alliance и бывший редактор по оптическим связям для IEEE Communications Magazine. Он имеет 20 патентов в области телекоммуникаций и является частым участником отраслевых публикаций.



Роб Стоун, совет директоров Ethernet Alliance, является выдающимся инженером в команде Broadcom по архитектуре коммутации, специализирующейся на межсоединениях центров обработки данных, разработке протоколов и портов. Он является активным участником ряда отраслевых организаций, в том числе IEEE 802.3, COBO и других MSA-модулей, возглавлял MSA RCx и техническую рабочую группу 25G Ethernet. Роб имеет более чем 18-летний опыт работы в отрасли, выводя коммуникационные технологии на рынок. Он занимал технические и управленческие должности в Intel, Infinera, Emcore, Skorpios и Bandwidth 9.



Питер Джонс является председателем совета директоров Ethernet Alliance и заслуженным инженером в группе Cisco Enterprise Hardware. Он работает над новыми технологиями и системной архитектурой для продуктов Cisco для коммутации, маршрутизации и беспроводной связи, а также для продуктов Cisco IoT Networking. Он был ключевой фигурой в разработке коммутаторов Catalyst 3850, Catalyst 3650 и Catalyst серии 9000. В дополнение к своей роли председателя Альянса Ethernet Питер также возглавляет подкомитет Ethernet Alliance Single Pair Ethernet, участвует в IEEE 802.3 и возглавляет Альянс NBASE-T.

По устоявшейся традиции ждем ваши комментарии и приглашаем всех желающих на бесплатный вебинар, в рамках которого рассмотрим работу протоколов VRRP/HSRP. Разбирем случаи, в которых необходимо использовать протоколы избыточного шлюза, а также исследуем различия протоколов и сравниваем работу HSRP/VRRP c GLBP.

OTUS. Онлайн-образование
Цифровые навыки от ведущих экспертов

Комментарии 17

    +3

    Я так понял, первый абзац — разговор про IEEE 802.3cg?
    Ethernet APL по двум проводам вообще считаю будущее полевых устройств, наконец-то будет настоящая замена токовой петле с HART, не уродцами типа Profibus или Fieldbus, а нормальным решением. Собственно, для полевых измерительных устройств — Ethernet APL наконец-то открывает практически безграничные возможности, как по доступу к устройству, автоматизации, так и вообще по обслуживанию всего этого дела. Как только стандарт примут, считай революция в промышленной автоматизации с помощью полевых устройств будет.
    Кстати университеты могли бы по этой теме что-то поделать, хотя бы прототипы, так как стандарт близок к своему принятию, и собственно нужны микросхемы поддерживающие физический уровень, прототипы там можно поделать и так далее...

      0
      Не взлетит. Маркерный доступ при необходимости гарантированного опроса за детерминированный промежуток времени — лучший выбор. Оптика снимает ограничения по длине и лучший выбор для полевых устройств — грозы и статика однако. POE — централизация питания в локации, спорный вопрос и должно использоваться взвешено, т.к. единая точка отказа и законы Ома с удельной проводимостью никто не отменял — резко падает длина сегмента и растут потери элэнергии. Т.е. протокол как-бы заявлен, но нужна поддержка производителей и запрос потребителей. А потребителям и на токовой петле с rs-485 неплохо.
        0
        Маркерный доступ при необходимости гарантированного опроса за детерминированный промежуток времени — лучший выбор.

        Поверх физического уровня APL можно накладывать протоколы реального времени, собственно так оно и задумывается.


        Оптика снимает ограничения по длине и лучший выбор для полевых устройств — грозы и статика однако

        Оптика хорошо, но питание то откуда брать? Вся суть полевых устройств получать питание по тем же проводам, по которым осуществлять обмен данными, собственно из-за этого токовая петля с HART и живет уже 30 лет и никто не может с этим ничего поделать.


        POE — централизация питания в локации, спорный вопрос и должно использоваться взвешено, т.к. единая точка отказа и законы Ома с удельной проводимостью никто не отменял — резко падает длина сегмента и растут потери энергии

        Заявлено, что длина магистрали trunk — 1000м, длина spur сегмента до 200м. Это подразумевает trunk-spur топологию с возможностью питания 50 датчиков по 500 мВатт каждый. Что просто замечательно, потому сейчас токовые датчики должны потреблять примерно 3.2 мА на 10 Вольтах, ну т.е. 32 мВатт. А длина для HART, например, на практике до 1000 метров.


        Т.е. протокол как-бы заявлен, но нужна поддержка производителей и запрос потребителей.

        Я думаю процесс не быстрый, через 2 года думаю первые приборы пойдут, а через 3-5 уже основные игроки все должны выпустить (топовые модели, дорогие).
        По потребителям, тут двоякая ситуация… С одной стороны все бы сидели на петле еще 1000 лет, с другой, как с электромобилями, вроде как ничего нового, машина и в африке машина, немного дороже, гемора больше, потребителю по большому счету не нужна, но её навязывают, продвигая "экологичность" и вроде как уже нужна.


        Также и тут, навяжут, маркетинг разрисует красиво, покажет ВАХ… ВАХ… ВАХ, экономия там, экономия сям — сразу данные в облако, там супер-пупер диагностика с ИИ, которая выдаст вам когда лучше сделать обслуживание и что поменять, можете мол сократить свой персонал обслуживающий, время на обслуживание, и так далее… Так всегда же делалось и работает как часы. Иначе мы были все еще в каменном веке, если бы только по запросам от потребителей работали.


        Да и в прицнипе, даже если вообще преимуществ 0 (по факту, а не с точки зрения маркетинга), то в случае, если со временем крупные промышленные предприятия будут уходить на новые технологии, а вы нет, то к вам доверие со стороны рынка будет меньше (через некоторое время у заказчиков появится стереотип, что у вас нет денег на модернизацию, вы работаете на старом оборудовании и так далее, а работать будут с теми, кто показывает что у них новая технология и оборудование).


        Поэтому мое мнение такое, что за принятие или не принятие технологии отвечает полностью маркетинг, не потребитель, не инженер, а именно маркетинг. Как он её раскрутит так и будет, и я не сомневаюсь, что он её раскрутит на полную, корпорациям нужно работать, прибыль наращивать, людям з.п. получать, а новая технология и есть драйвер для этого.


        А потребителям и на токовой петле с rs-485 неплохо.

        Все таки 485 (Я так понимаю в основном Modbus) особо для полевых устройств не используются (так для небольших проектов, очень ограниченная ниша), потому что вести дополнительные провода ни у кого желания нет. Те же FieldBus и Profibus намного распространеннее… А петля (к ней еще HART добавить), согласен вне конкуренции.
        Не думаю, что с 2012 слишком что-то поменялось, в плане полевых шин.

      0

      Для статьи про Ethernet 10G тут слишком много человеков.

        +1

        О!!! 10SPL мне нравится
        А где найти "индикаторы, датчики температуры, устройства HVAC, выходное освещение" с подключением по 10SPL?


        Стандарт еще не приняли? :(


        Мне очень нравится сама идея, есть в одном порту свитча будет 4 порта SPL и я буду заводить провода на датчики


        Боюсь только датчики будут дорогие, а китайцы их начнут гнать не сразу…

          0
          Ну, допустим, 10 мегабит по одной паре на 1км я еще могу представить…
          Но питание по этой паре?! На 1км??? Переменка 220 штоле?
          Где-б спецификации посмотреть…
            0

            Ну смотрим сопротивление проводов ethernet 23awg 67 ом на на километр.
            На 5км 67х2(у нас 2 провода)
            134 ом.


            Скажем на конце сопротивление 5 ом, а на входе 48 вольт.


            48 вольт на 139 ом или 1.73 вольта. Этого маловатто, нужен какой-то высокоомный источник питания.
            Погуглил, человек пишет что у него трансформатор на 174 ома в первичной обмотка. Этого хватит, мы получим вольт 30 на такой обмотке.


            Не претендую на правильность вычислений, но это вообщем возможно.


            Вот вам вопрос, у вас поле и на дальнем его конце вы хотите повесить камеру, до камеры километр, ваши действия?

          0
          Еще бы кто сделал 250 МБит дуплекса по одной паре по мотивам гигабитного проводного эзернета где их как раз 4х250.
            0

            На километр?
            На 100 метров можно и обычный кабель кинуть и не городить огород

              0
              Снижаем скорость в 10 раз, поднимаем уровень сигналов и за счет этого увеличиваем дальность. Многим эзернет-провайдерам, лет 15 назад, такого масштабируемого решения сильно не хватало. На полной скорости и сейчас интересно для многоквартирных домов.
            0

            Ну, вообще, интересно. По паре меди на 1 км получить 10 Мбит — сильно. У нас в стране до сих пор в массе мест не решается проблема последней мили. И это хорошо бы помогло. Я помню в 2000 году нам в контору провели интернет. Симметричная выделенка, 2.4 Мбит по одной паре выжимала. Медную пару вытянули прямо с телефонного Колодца возле соседнего здания, а до нашего ещё метров 50 просто кинули полевик через чердак. У нас установили коробочку размером с роутер домашний. С одного конца воткнули медь, а с другого торчала 10 Мбит эзернет-дырка, которую я воткнул в сервак, который раздавал интернет. Тогда ещё помегабайтный за 1 руб мегабайт. Скорость была очень стабильна и как говорил провайдер, длина Линка 4 км по колодцам. Три лампочки на коробочке: питание, линк эзернета и линк медной пары ( на другом конце у провайдера такая же коробочка была). Я до сих то пор не знаю, что это был за удлинитель эзернета по одной пассивной медной паре и кто такие делал.

              0
              Сам таким пользовался. TP-Link точно делал. С этими коробками был прикол — работали, правда неустойчиво, по одному проводу. Гадили они в КВ-эфир нещадно.
                0
                Это был xDSL, ими тогда все провайдеры пользовались. Вариантов достаточно много, основной минус — либо быстро, либо асинхронно.
                  0
                  вроде (s)hdsl и быстрый и асинхронный. мы на нем десятки отделений по городу соединяли вполне успешно. 25 лет назад, правда, тогда «быстро» было другое.
                  0

                  ADSL2+ работает на 6км
                  Расстояния в 1км рабочие на полной скорости.
                  10SPL не нужен для последней мили

                    0
                    АДСЛ это несиметричная скорость. Я много лет дома сидел на АДСЛ2+ от Билайна и в иные дни даунлинк (регулярно проверял в веб-морде модема) доходил до 20мбит. А ниже 18 мбит вообще ниразу не опускался за все годы. Но аплинк был в 1.5 мбита максимум в редкие дни, а обычно не выше 1 мбита, что в те годы мне сильно мешало, так как был расцвет файлообменных пиринговых сетей в пределах города. А уж тем более сейчас 1.5 мбита аплинк это вообще караул. Да и АДСЛ это все таки сильная привязка к наличию оборудования на местной АТС, да и вообще к самой АТС, как таковой. И вот в этом смысле наличие на свиче симметричного 10SPE-порта, который не требует ничего, кроме одной пары телефонной лапши — благо. У меня было несколько очень геморройных задач в различного вида старых зданиях и предприятиях, где кроме километров телефонных кабелей не было ничего. А сеть хоть какую-то нужно было протянуть до ангара, к примеру, причем максимально дешево. И вот в этом смысле был бы такой порт на свиче- было бы легче.
                      0

                      Есть VDSL2 где аплинк 100 мегабит, правда на 250 метрах.
                      Но в одном вы правы, DSL требует огромного шкафа и эта технология никак не может использоваться чтобы кинуть интернет в гараж.

                Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                Самое читаемое