شکل 1 - روند افزایش سرعت در شبکه‌های اترنت‌

در حالی که عمر بسیاری از فناوری‌های شبکه کمتر از 5 سال می‌باشد، اترنت رشد خود را در طول 25 سال با موفقیت ادامه داده است. رشدی که آن را از یک فناوری انتقال اشتراکی با سرعت 10 مگابیت در ثانیه بر روی سیم‌های مسی و در فواصل حداکثر چند صد متری، به شبکه‌ای پرسرعت با نرخ انتقال 10 گیگابیت در ثانیه بر روی فیبر نوری و امکان سوییچینگ ترافیک در فواصل بالای 150 کیلومتر تبدیل نموده است. (شکل 1).

نگاهی به آمار و ارقام، برتری این فناوری را ثابت می‌کند. اکنون بیش از 85 درصد کلیه شبکه‌های دنیا از فناوری اترنت برخوردارند و در حوزه شبکه‌های محلی این نسبت به میزان 98 درصد برای تعداد پورت‌های اترنت می‌رسد، به‌طوری‌که تنها در سال 2000 در حدود 182 میلیون پورت اترنت در سراسر جهان فروخته شده‌است.  (شکل 1)


در کسب این موفقیت، البته نقش سازمان IEEE به عنوان متولی اترنت بسیار برجسته است. استانداردهای سری 802.3 این سازمان، هسته اصلی اترنت را شکل می‌دهد. تلاش بسیاری در جریان است تا با تجهیز اترنت به قابلیت‌هایی که برای دارندگان شبکه‌های بزرگ حیاتی است، این فناوری به صورت فراگیر در شبکه‌های گسترده و شهری به کار گرفته ‌شود.
 
از آن جمله می‌توان به امکان ارائه کیفیت خدمات (استاندارد 802.1p) و شبکه‌های مجازی خصوصی
(استاندارد 802.1q) اشاره‌کرد. در این میان البته تقاضا برای سرعت‌های بالاتر و فواصل بیشتر همواره در راس درخواست‌ها قرار داشته‌است. اترنت ده گیگابیت در ثانیه یا 10G که با استاندارد 802.3ac معرفی گردید، آخرین دستاورد IEEE در ارتقاء جایگاه اترنت می‌باشد.

هدف اولیه و اصلی IEEE، گسترش استاندارد اولیه یعنی IEEE 802.3ac به سرعت 10Gbpsو توسعه کاربردهای آن به سطح شبکه‌های گسترده بوده‌است. به این ترتیب در عین حفظ سازگاری با شبکه‌های موجود، مرزهای بیشتری به تصرف این فناوری در می‌آید. گروه IEEE 802.3ac پنج معیار ذیل را به عنوان مشخصه‌های اولیه اترنت 10G تعریف نموده است:

1- باید بازار بالقوه بزرگی داشته‌باشد، کاربردهای متنوعی را پشتیبانی کند و همچنین سازندگان و مشتریان فعلی اترنت آن را پشتیبانی کنند.

2- باید با سایر استانداردهای موجود سری 802.3 IEEE، همچنین مدل مرجع شبکه (OSI) و استاندارد مدیریت شبکه‌ها موسوم به SNMP سازگار باشد.

3- باید به حدی متمایز از گونه‌های موجود 802.3 IEEE باشد که به عنوان راه حلی جدید شناخته شود.

4- باید صحت عملکرد آن‌ها پیش از پذیرش نهایی توسط آزمایش‌های عملی تأئید شود.

5- باید به لحاظ هزینه در حد قابل قبول کاربران باشد. به عبارت دیگر افزایش هزینه‌ها (شامل خرید تجهیزات، نصب، مدیریت و نگهداری شبکه) به‌صورت معقول و متناسب با  افزایش کارآیی باشد.

استاندارد اترنت 10G 

شکل 2- معماری استاندارد 802.3ae

اترنت 10G از بسیاری جهات از اصول پایه اترنت پیروی می‌کند. برای مثال از همان پروتکل کنترل دسترسی به محیط انتقال (MAC) و فرمت اولیه بسته‌های اترنت در اترنت 10G استفاده می‌شود. البته تفاوت‌هایی نیز وجود دارد. مثلاً اترنت 10Gبرای اولین بار منحصراً برروی فیبر نوری پیاده می‌شود و به صورت کاملا دو طرفه (Full Duplex) جریان اطلاعات را منتقل می کند، بنابراین پدیده برخورد میان بسته های اطلاعاتی موسوم به Collision و همچنین مکانیسم‌ لازم برای تشخیص و کنترل آن یعنی CSMA از پروتکل اولیه حذف گردیده است.  (شکل 2)

از دیدگاه مدل مرجع OSI، اترنت اساساً شامل پروتکل‌های دو لایه فیزیکی و کنترل لینک یعنی لایه‌های 1 و 2 می‌باشد، لایه فیزیکی در اترنت موسوم به PHY، محیط فیزیکی ارتباط (اعم از فیبر نوری یا کابل مسی) را به لایه کنترل لینک موسوم به MAC مرتبط می‌نماید.

مطابق تعریف 802.3ae، که در شکل شماره 2 نشان داده شده است، لایه فیزیکی در اترنت 10Gخود به دو زیرلایه PMD (زیرلایه وابسته به محیط) و (PCS زیرلایه مربوط به سیگنالینگ) تقسیم می‌شود. در حال حاضر دو گونه جداگانه از اترنت 10Gبرای استفاده در محیط شبکه‌های محلی (LAN) و شبکه‌های گستردهت (WAN) دارک دیده شده است که البته تفاوت این دو در سطح لایه PHY می‌باشد و در سطوح بالاتر کاملاً مشابه رفتار می‌کنند.
 
گونه WAN دارای خصوصیات گسترده‌تری نسبت به نوع LAN می‌باشد. نرخ انتقال داده در LAN PHY 
دقیقاً برابر 10Gbps می‌باشد و هدف آن پشتیبانی کاربردهای فعلی اترنت گیگابیتی با سرعت 10برابر بیشتر و به شکلی مقرون به صرفه‌تر می‌باشد. ولی در مورد WAN PHY به جهت حفظ سازگاری با شبکه‌های انتقال موجود مانند SDH، مقدار 9.29Gbps انتخاب گردیده است.
 
تفاوت اصلی در وجود زیر لایه اینترفیس WIS) WAN) می‌باشد که باعث تطابق بیشتر با مکانیسم انتقال شبکه‌های SDH می‌گردد. جدول 1 خلاصه‌ای از مشخصات اینترفیس‌های استاندارد اترنت 10G، شامل نوع فیبر و طول موج لیزر مورد استفاده را نشان می‌دهد.

اینترفیس‌هایی که با کد S همراه می‌باشند (مانند 10BASE-SR)، برای کار بر روی فیبرهای MultiMode و طول موج 850 نانومتر در نظر گرفته شده اند و فواصل کوتاه 2 تا 300 متری را پوشش می‌دهند.
 
اینترفیس‌های نوع R برای کار بر روی فیبر تاریک در نظر گرفته شده‌اند. فیبر تاریک اصطلاحی است که  به فیبر نوری خام و بدون اتصال به سیستم‌های انتقال دیگر اطلاق می‌شود، درصورتی‌که اینترفیس‌های نوع W برای کار برروی سیستم‌های نوری دیگر مانند SDH طراحی شده‌اند.


اینترفیس‌های نوع L (شامل LR و LW) برای فواصل طولانی‌تر (تا 10 کیلومتر) در نظر گرفته شده‌اند که طول موج 1310 nm و فیبر SingleMode دستیابی به این فاصله را امکان‌پذیر می‌کند و به همین ترتیب انواع E (شامل ER و EW) برای فواصل بسیار طولانی (تا40 کیلومتر) طراحی گردیده‌اند، طول موج 1550 nm و نوع فیبر هم SingleMode می‌باشد.

البته لازم به ذکر است که  حداکثر مسافت قابل دستیابی، در عمل به نوع فیبر و نحوه انجام اتصالات بستگی دارد. اگرچه استاندارد، حداکثر مسافت قابل پیاده‌سازی را 40 کیلومتر در نظر گرفته‌است، اما برخی از سازندگان در پیاده‌سازی‌های خود، این فاصله را تا 150 کیلومتر هم افزایش داده اند.

کاربردهای اترنت 10G  
 اترنت گسترده‌ترین گز‌ینه مورد استفاده در شبکه‌های محلی (LAN) بوده و هست. اترنت 10Gبا حضور در محیط شبکه‌های شهری (MAN) و شبکه‌های گسترده (WAN) یکی از معدود فناوری‌های انتقال باشد که در هر سه محیط به کار گرفته می‌شود و ایده اترنت سراسری را جامع عمل می‌پوشاند. البته در ابتدا نواحی شهری بزرگ تمرکز بیشتری از به کارگیری خدمات اترنت 10G را شاهد می‌باشند.
 

اترنت 10G برای کاربران فعلی شبکه های محلی نیز کاملاً مفید خواهد بود. کاربردهای تشنه پهنای باند بالا مانند پخش تصاویر زنده و تصویربرداری پزشکی با ضریب افزایش 10 برابری این استاندارد، بهبود قابل توجهی می‌یابند.
 
اتصالات پرظرفیت بین سرورها و سوییچ‌ها و همچنین اتصالات بین ساختمان‌ها با کمک ظرفیت و فواصل قابل دسترسی جدید، کاملاً بهبود می‌یابند. در نتیجه شرکت‌ها در گسترش شبکه و قرار دادن مکان منابع دیتا دچار هیچ‌گونه محدودیتی نخواهند بود. (شکل 4)


همچنین اترنت 10G زیر‌ساختار مناسبی برای  شبکه‌های ذخیره سازی اعم از NAS و SAN را فراهم می‌کند. تا قبل از معرفی 10G، بسیاری از کارشناسان معتقد بودند که اترنت فاقد توانائی‌های لازم جهت انتقال ترافیک‌ دیتا در حجم بزرگ می‌باشد.
اما اترنت 10G، قادر است کارایی معادل با سایر فناوری‌های شبکه های ذخیره سازی
(مانند Fiber Channel و ltra SCSI) را ارائه دهد.

کاربرد اترنت 10G در شبکه‌های گسترده، فراهم‌کنندگان خدمات شبکه (NSP) و اینترنت (ICP/ISP) را قادر می‌سازد، اتصالات پرظرفیت بین روترها و تجهیزات انتقال نوری را با هزینه بسیار پائین‌تری فراهم کنند و در عین حال با استفاده از زیرلایه WIS، ایجاد شبکه‌های گسترده اترنتی برروی شبکه های SDH فعلی تسهیل می‌گردد.

وضعیت بازار اترنت 10G 
رشد ترافیک شبکه با سرعت فوق‌العاده، فراهم‌کنندگان خدمات شبکه و مدیران شبکه‌های سازمانی را به استفاده از فناوری‌های سریع‌تر متمایل نموده است. فراهم کنندگان به دنبال راه‌حل‌هایی با ظرفیت بیشتر می‌باشند که به طور همزمان هزینه اتصالات شبکه را کاهش دهند و در نتیجه حاشیه سود را افزایش دهند و قابلیت اطمینان بالا از دیگر خواسته‌های کاربران می‌باشد. اترنت 10Gحاوی بسیاری از معیارهای بالا می‌باشد که مزایای ذیل را به دنبال می‌آورد:

بازار اترنت از مزیت سازندگان فراوان و سابقه خود، به خوبی درجهت رقابت با هر نوع فناوری رقیب استفاده می‌کند. پیاده‌سازی اترنت 10Gدر برنامه اغلب سازندگان سوییچ‌ها، روترها و سیستم‌های نوری شهری می‌باشد. شکل 5  پیش‌بینی گروه Gartner Dataquest را در مورد بازار تجهیزات شبکه اترنت 10G بر حسب میلیون دلار و در سطح جهان تا سال 2007 نشان می دهد.

اولین نمایش عمومی
نمایشگاه تجاری Network+Interop (نوادا- آمریکا) در سال 2003، پذیرای اولین نمایش عمومی شبکه اترنت 10G  بود که توسط (10GEA  10 Gigabit Ethernet Association) و با بهره‌گیری از محصولات 23 سازنده گوناگون، برپا شد. شبکه نمایشی، گستره‌ای در حدود 200 کیلومتر را در بر می‌گرفت و از انواع اینترفیس‌های تعریف‌شده در پیش‌نویس IEEE 802.3ae برخوردار بود.

10 گره مرکزی و 18 لینک 10G عناصر اصلی همبندی این شبکه را تشکیل می دادند. این نمایش  به خوبی نشان داد که اترنت 10G آماده به‌کارگیری و پیاده‌سازی در سراسر دنیا می‌باشد.

سخن آخر
همزمان با تغییراتی که اینترنت در ساختار تجارت و اقتصاد ایجاد می‌کند، اترنت تنها به زمان نیاز دارد تا به صورت فناوری لایه انتقال غالب دنیا درآید. اترنت در موقعیتی قرار دارد که کسب و کار الکترونیکی و تقاضا برای خدمات کم هزینه، محرک آن برای توسعه بیشتر می‌باشند. اترنت با دستیابی به مرز 10G دیگر تنها مختص شبکه‌های محلی نیست و می‌رود که ارزش‌های ثابت‌شده و مزایای اقتصادی خود را در شبکه‌های شهری و گسترده انتشار دهد.