Je pětadvacítka novým desetigigabitem?

Odkud vzalo, zkouším žáky, jméno ethernetu počátek? Tak nějak by mohl znít dotaz do publika, inspirovaný jedním epigramem Karla Havlíčka Borovského. Od éteru coby média, jímž se šíří nějaká forma signálu. Pamětníci vědí, že tím médiem byl původně koaxiální kabel, ať už tlustý (ten jsem nikde reálně v provozu neviděl) nebo tenký (ten byl kdysi poměrně rozšířený i u nás). Nominální přenosová rychlost sice činila 10 megabitů za sekundu, nicméně toto číslo neznamenalo totéž, co v dnešních přepínaných L2 sítích – byla to celková kapacita sdíleného média, u kterého se přístup řídil algoritmem CSMA/CD. Kolize i délka segmentu propustnost výrazně snižovaly a četnost kolizí narůstala s počtem připojených komunikujících stanic kvadraticky.

Později se objevily nejprve rozbočovače (hubs) a s nástupem stomegabitového ethernetu se celkem časově kryje i nástup „ethernetových přepínačů“ (ethernet switches), které pravidla hry poněkud změnily. Ethernet se změnil v plně duplexní, ten „éter“ v něm sice vlastně ztratil smysl, algoritmy pro řízení sdílení média se používají už jen na bezdrátových sítích, avšak na výkonnost a spolehlivost ethernetových sítí to vše mělo vliv velmi blahodárný. Nominální rychlost rovná mocninám deseti však zůstala.

Paradigma mocniny deseti nezměnil ani ethernet gigabitový, který zůstává pro připojování jednotlivých kancelářských počítačů nebo jiných zařízení s relativně malými požadavky na přenos dat masivně používaným i dnes. Po gigabitovém ethernetu přišel ethernet desetigigabitový. Na první pohled situace stejná, kdo však nahlédl pod kapotu, ví, že s rychlostí desetigigabitového ethernetu už to je poněkud složitější, protože přesně 10 miliard bitů za sekundu nemá prakticky nikdy. Většinou je o něco rychlejší (10,3125 GBd u optických variant 10GBase-SR a 10GBase-LR/ER/ZR), někdy i výrazně rychlejší (4× 3,125GBd, tedy 12,5 GBd, u 10GBase-LX4 nebo metalického 10GBase-CX4), někdy však z důvodu kompatibility s telekomunikačním světem, kde před dekádou a půl ještě kralovaly systémy SDH, i jen 9953 Mbps (10GBase-SW, LW, EW, ZW), což byla rychlost rozhraní STM-64. Desetigigabitový ethernet tedy přesunul ethernet mimo svět mocnin čísla deset.

Toto následně pokračovalo vznikem IEEE standardů pro 2.5G a 5G ethernet, ten se však v praxi nedočkal masivního rozšíření. Honba za dalšími mocninami desítky pak vyvrcholila ethernetem stogigabitovým. To neznamená, že by to byl konec zrychlování ethernetu, v síti Quantcomu provozujeme i rychlejší porty, nicméně kapacita rychlejšího než 100G ethernetu nyní delší dobu, dost pravděpodobně i trvale, nebude odpovídat dalším vyšším mocninám čísla 10. Hovoří-li se dnes o tzv. terabitovém ethernetu, je tím myšleno cokoli, co je rychlejší než ethernet stogigabitový, ovšem ethernet o kapacitě právě jeden terabit za sekundu rozhodně nikoli. V páteřních sítích se masivně prosazuje zejména ethernet čtyřsetgigabitový, existují ale i standardy pro 200 Gbps a 800 Gbps. Dalším významným cílem blízké budoucnosti bude 1.6 TbE.

Superrychlému ethernetu se však dnes věnovat nebudeme. Dálnice také nestavíme do každé obce, ale tvoří pouze hlavní kapacitní tahy. A na ty hlavní tahy se musíme s našimi daty nějak dostat. Pro aplikace s nízkými požadavky pro přenos dat ještě dlouho postačí již zmíněný ethernet gigabitový, nicméně je zde široké spektrum případů, pro které je 1 Gbps málo a 100 Gbps zbytečně mnoho. Typicky jde třeba o připojení jednotlivých serverů v datacentrech, přípojky pro firmy střední velikosti atd. Zde se v současné době uplatňuje zejména ethernet desetigigabitový, což může být ale už někdy příliš málo. Historicky zde společně se 100GE vznikl i standard pro 40GE, nicméně zatím se zdá, že 40GE technologie přináší kromě známých nevýhod stogigabitového ethernetu (tedy zejména vysokou cenu, vyšší spotřebu elektrického proudu a větší zabraný prostor pro transceivery v aktivních prvcích) ještě navíc 2,5× nižší přenosovou rychlost.

Teď by asi bylo vhodné si říci něco o tom, jak stogigabitový ethernet vznikl a v co se postupně vyvinul. Jako úplně první byl implementován standard 100GBASE-SR10, který dokázal využít stávající čipy pro desetigigabitový ethernet, s tím, že transceiver obsahoval deset laserů a fungoval přes 20, resp. 24 optických vláken (speciálně vyvinutý konektor pro tuto technologii uměl obsluhovat 24 vláken, čtyři z nich však zůstávala nevyužitá). To se v praxi samozřejmě ukázalo být velmi nepraktické a hledalo se efektivnější řešení. Kolem roku 2010 však chip, který by dokázal pracovat se stogigahertzovým datovým kanálem, neexistoval. Posléze byl vyroben transceiver, který sice obsahoval deset laserů, ale také desetikanálový CWDM multiplexor. Byl sice stále neprakticky veliký, měl poměrně značný příkon a z toho plynoucí značné tepelné ztráty, ale už mu alespoň stačil jediný pár vláken. Už tehdy však bylo jasné, že desetigigabitové čipy jsou za zenitem, ale stogigabitový čip tehdy vyžadoval ještě alespoň pět let vývoje. Co s tím? Ukázalo se, že vyrobit čip, který bude umět pracovat s přenosovou rychlostí 25 Gbps, technicky nebude zase až tak obtížné, čtyři lasery se do transceiveru vejdou a zejména půjdou také uchladit rozhodně snáze než deset. Tak postupně vznikl 100GBASE-LR4 (a ER4), pracující se čtyřmi kanály o vlnových délkách 1295,56 nm, 1300,05 nm, 1304,59 nm a 1309,14 nm. To zase vedlo k možnosti použít menší transceivery (první transceivery pro 100GE byly značně rozměrné CFP).

Další vývoj stogigabitového ethernetu se samozřejmě nezastavil a dnes máme i ty stogigabitové chipy a jednokanálové 100GE transceivery (100GBASE-LR1, ER1 a ZR a dokonce i jejich CWDM a DWDM verze), ale když už ty pětadvacetigigabitové chipy existovaly, objevila se další poměrně slibná možnost – vytvořit rozhraní a transceiver o kapacitě 25 Gbps, a to s cenou, která se příliš neliší od 10 Gbps. U integrovaných obvodů s velmi vysokou hustotou (VLSI/ULSI) tvoří hlavní část nákladů jejich vývoj a příprava výroby, při samotné velkosériové výrobě jsou náklady na jeden kus takové elektronické součástky minimální. S poměrně malou mírou nadsázky se tak dá říci, že 25GE is the new 10GE. Samozřejmě s možností zpětné kompatibility, tedy 25GE port v nějakém routeru nebo switchi ochotně akceptuje i 10GE (a někdy i 1GE) transceiver a naopak 25GE transceiver může fungovat i v 10GE šachtě, byť jen rychlostí 10 Gbps, pokud tomu výrobce samozřejmě nebude z nějakého důvodu záměrně bránit. 25GBASE-LR (a ER atd.), resp. IEEE 802.3by, tedy je zajímavým vedlejším produktem vývoje stogigabitového ethernetu. Výrobci síťových zařízení se přizpůsobili rychle a dnes už se u nových zařízení potkáte s (samozřejmě zpětně kompatibilním) 25GE portem častěji než s portem čistě desetigigabitovým. Pětadvacetigigový SFP28 transceiver je stejné velikosti jako desetigigový SFP+ a také pinout je plně kompatibilní.

Reagují na to pochopitelně i operátoři a není úplně nepravděpodobné, že třeba 10GE připojení vaší firmy nebo vašich serverů do Internetu už je fyzicky ukončeno v pětadvacetigigabitovém portu. U Quantcomu si o 25GE port jako zákazník samozřejmě můžete říci – a je-li ve vaší lokalitě naše optika a chcete-li využívat takovou kapacitu, není důvod, aby k vám data touto rychlostí netekla.

Přizpůsobili se i další, kupříkladu možnost připojit se 25GE portem do peeringového uzlu NIX.CZ tu existuje od roku 2021 a za tu dobu byla navýšena rychlost z 10 na 25 Gbps už na více než 45 členských a zákaznických portech. Naopak o 40GE je zájem naprosto minimální.

Pak je tu samozřejmě i ethernet padesátigigabitový, 50GBASE neboli IEEE 802.3cd, identicky vzniklý vedlejší produkt vývoje ethernetu čtyřsetgigabitového s osmi padesátigigabitovými kanály (IEEE 802.3bs, 400GBASE-FR8, -LR8 apod.), nicméně ten se zatím příliš velkému zájmu výrobců ani zákazníků netěší, podobně jako není velká poptávka po ethernetu dvousetgigabitovém a ostatně ani osmisetgigabitovém. Proč? Protože se začíná ukazovat, že přenosová technologie, která oproti předchozímu kroku přináší jen dvojnásobné zvýšení rychlosti, se neprosadí. Zajímavé však je, že pokud je ono zvýšení rychlosti dvouapůlnásobné, tento empiricky vypozorovaný princip už neplatí.