Další vývoj Ethernetu

Přechod Ethernetu na krocenou dvoulinku a vznik souvisejícího standardu 10Base-T znamenaly výrazný mezník v historii Ethernetu. Vývoj této populární přenosové technologie tím však zdaleka neskončil.

Jak jsme si již několikrát zdůraznili v předchozích dílech, při přechodu Ethernetu z koaxiální kabeláže na kroucenou dvoulinku došlo ke skutečné „změně kvality", kterou ale Ethernet nevzal na vědomí, a interpretoval ji spíše jako „změnu kvantity": jde o fakt, že při použití koaxiální kabeláže je přenosová cesta skutečně (fyzicky) sdílena více uzly, zatímco při použití kroucené dvoulinky jsou jednotlivé přípojky fyzicky vyhrazené (dedikované) jednotlivým koncovým uzlům. „Klasický" Ethernet ve verzi 10Base-T však tuto skutečnost ignoruje, a nadále se snaží chápat přípojky z kroucené dvoulinky jako něco, co je sdíleného charakteru. Tím zachovává dosavadní sdílenou povahu Ethernetu, a dosahuje tak velmi snadné návaznosti na jiné varianty Ethernetu, které sdílené být musí - faktem je, že přechod ze standardu 10Base-T na 10Base2, neboli z kroucené dvoulinky na tenký koaxiální kabel (a obdobně i na tlustý koaxiální kabel) je velmi přirozený a jednoduchý (a z pohledu linkové vrstvy zcela transparentní) - což v době nástupu kabeláže na bázi kroucené dvoulinky jistě bylo nesmírně důležité.

Časem, kdy síťové rozvody na kroucené dvoulince začaly převládat, a potřeba maximálně snadné návaznosti na koaxiální rozvody přestala být tak naléhavá, si lidé zákonitě začali pokládat otázku: a nešlo by nějak lépe využít vlastností kroucené dvoulinky?

Hledání nových řešení ale nebylo nijak jednoduché, protože Ethernet má svou závislost na sdíleném charakteru přenosového média zapsánu již ve svém rodném listě - jeho přístupová metoda CSMA/CD doslova stojí a padá s tím, že přenosové médium je sdílené.

Switched Ethernet

Jednou ze zajímavých a užitečných inovací Ethernet se stal tzv. switched Ethernet. O samotné podstatě switchování (přepínání, přepojování na linkové vrstvě) jsme si v tomto seriálu povídali již mnohokrát, a proto jen velmi stručná rekapitulace: jde o způsob manipulace s datovými rámci uvnitř přepojovacích uzlů (fungujících na úrovni linkové vrstvy), charakteristický snahou o maximální propustnost, a vycházející ze skutečnosti, že v přepojovacím uzlu se „stýká" spíše více síťových segmentů než jen dva, jak tomu bylo zvykem u klasických mostů. Právě toto je podstatný moment, který dává switchování do souvislosti s kabeláží na kroucené dvoulince: dokud se jednalo o koaxiální segmenty, kterých bylo málo a bylo potřeba je propojit typicky po dvojicích, nebylo na vzájemném předávání datových rámců z jednoho segmentu do druhého moc co optimalizovat.

Představa sdíleného a dedikovaného segmentu ve switchovaném Ethernetu

Teprve v okamžiku, kdy síťových segmentů začalo být více, přišla na řadu snaha zefektivnit předávání rámců mezi zdrojovými a cílovými segmenty takovým způsobem, aby to bylo co možná nejrychlejší, a co nejméně to brzdilo obdobné předávání mezi jinými skupinami segmentu, které se „stýkají" ve stejném bodě. Právě taková je myšlenka switchingu, který dělá zdánlivě nemožné: zachovává sice celkovou sdílenou filosofii Ethernetu, ale maximálně využívá možnosti kabeláže tam, kde sdílená není. V ideálním stavu, kdy je každý síťový segment „obydlen" pouze jediným koncovým uzlem, se efektivnost switchování velmi blíží teoretickému maximu, které by měla dosahovat přenosová technologie beroucí plně v úvahu dedikovaný charakter přípojek jednotlivých uzlů. Přednosti switchování se ovšem projevují i v méně ideálních situacích, které v praxi nastávají častěji, a kdy jednotlivé segmenty mohou být „obydleny" více koncovými uzly (zatímco například výkonné servery mohou být připojeny na samostatných segmentech).

Velmi podstatným momentem na celém switchovaném Ethernetu je fakt, že je ve své podstatě neviditelný - týká se pouze interního způsobu fungování přepojovacích uzlů (switchů), ale netýká se koncových uzlů. Nevyžaduje žádnou změnu přístupové metody, kabeláže, kódování, ani jiného aspektu, a tudíž nevyžaduje ani žádný nový standard, žádné nové síťové karty do koncových uzlů, žádné nové ovladače apod. Je v jistém smyslu „maximem možného", co lze bez dalších úprav a změn „vydolovat" z klasického Ethernetu na kroucené dvoulince, navíc za relativně velmi nízkou cenu. Není proto divu, že se switchovaný Ethernet tak dobře ujal, a zcela vytlačil ze scény dřívější mosty.

První „Ethernetový switch" uvedla na trh v březnu roku 1990 firma Kalpana (později odkoupená firmou Cisco). Produkt dostal jméno EtherSwitch, čímž jeho autoři chtěli zdůraznit paralelu s telefonní ústřednou (které se v angličtině říká switch) a jejím fungováním. Označení „switch" (doslova tedy: ústředna) pak propojovacím zařízením fungujícím na výše popsaném principu zůstalo dodnes.

Plně duplexní Ethernet

Dalším směrem, kterým se upřely snahy o zdokonalení Ethernetu, byla změna jeho celkového charakteru z poloduplexního na plně duplexní. Dokud totiž Ethernet používal fyzicky sdílené médium, nebylo možné po něm současně vysílat oběma směry, a proto veškerá komunikace musela být pouze střídavá, neboli poloduplexní. Jakmile však místo koaxiálních kabelů nastoupila kroucená dvoulinka, principiální důvody pro poloduplexní fungování přestaly platit - pozor ale na fakt, že přenos oběma směry současně, neboli „v plném duplexu" může probíhat pouze tam, kde jednotlivé segmenty jsou skutečně dedikované, a nikoli logicky sdílené více uzly (jako je tomu v případě připojení pracovních stanic na dnešním obrázku, které jsou propojeny na principu opakovače).

Možnost plně duplexního provozu připadá v úvahu pouze tam, kde z principu nemohou vznikat žádné kolize, tj. tam kde existují a mohou spolu komunikovat právě a pouze dva uzly: pokud jsou propojeny pomocí dvou samostatných přenosových cest (v našem případě pomocí dvou párů vzájemně zkroucených vodičů), tak že výstup jednoho uzlu je napojen na vstup druhého uzlu a naopak (což na našem dnešním obrázku připadá v úvahu pro server, připojený přímo k Ethernetovému switchi, prostřednictvím samostatného a nesdíleného segmentu).

Má-li ale být možnost plného duplexu skutečně využita, neboli má-li být možné souběžné vysílání i příjem, pak je nutné pozměnit celkový způsob fungování Ethernetu na kroucené dvoulince (tj. standard 10Base-T), který takovéto souběžné vysílání chápe jako kolizi. A právě zde je kámen úrazu: na rozdíl od „běžného" switchovaného Ethernetu je zde nutné měnit standard, a také pořizovat si nové síťové karty, instalovat nové ovladače, používat nové prostředky pro monitorování a správu sítě, a to vše za příslib teoreticky dvojnásobného zvýšení průchodnosti. K tomu však v praxi dochází jen velmi zřídka, protože charakter datových komunikací je ve své podstatě spíše poloduplexní (díky logice svého fungování), a proto většinou nedokáže možnosti plně duplexních přenosů efektivně využít.

Plně duplexní Ethernet se proto v praxi příliš neujal, a většinou zůstal ve stádiu proprietárních řešení, vázaných jen na produkty určité konkrétní firmy.

Izochronní Ethernet

V nepříliš dávné době se prosadil ještě jeden zajímavý vývojový trend, usilující dodat Ethernetu to, co mu kvůli jeho principu od začátku chybí: schopnost garantovat určitou přenosovou kapacitu. Jak jsme si již několikrát zdůrazňovali, vzhledem k nedeterministické povaze přístupové metody CSMA/CD Ethernet není schopen nikomu zajistit, že se vůbec dostane „ke slovu" a bude moci něco odvysílat (byť mu to slibuje s pravděpodobností, která je v praxi velmi vysoká, viz 2. díl tohoto modulu). Ze stejného důvodu Ethernet nedokáže garantovat ani pravidelnost přenosů, či „rezervovat" někomu konkrétní přenosovou kapacitu ve stylu přepojování okruhů. Pro některá praktická použití, jako například pro přenos hlasu či obrazu, je však něco takového velmi žádoucí.

Snahy "naroubovat" na Ethernet takové mechanismy, které by umožňovaly garantovaný způsob fungování, se nakonec podařily - ale o tom, jak přesně se toho dosáhlo, si povíme až příště.

---