Ethernet Technology

การรับส่งข้อมูลตามมาตรฐาน Ethernet อยู่คู่กับระบบเครือข่ายคอมพิวเตอร์มานานมากแล้ว แทบจะเรียกได้ว่าตั้งแต่เริ่มมีเทคโนโลยีเครือข่ายเลยทีเดียว ..Ethernet พัฒนาโดยสามบริษัทใหญ่แห่งวงการคอมพิวเตอร์ คือ Digital Equipement Corp., Intel, และ Xerox เมื่อราวปี 1973 ..

ภาพที่วาดในการออกแบบ Ethernet โดย Robert Metcalfe เมื่อปี 1973

ในสมัยแรก Ethernet ใช้สายสัญญาณ RG-8 Coaxial Cable ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางสายถึงครึ่งนิ้ว เชื่อมต่อเป็น bus topology การต่อสายเข้าไปยัง workstation จะใช้วิธีบีบเขี้ยวโลหะให้จมลงไปในสายเพื่อให้สัมผัสกับตัวนำข้างใน มีอัตราในการรรับส่งข้อมูล 2.94 Mbps (อาจจะช้า แต่สมัยนั้นถือว่าเร็วมาก เร็วเกินกว่า bus ของคอมพิวเตอร์ทั่วไปจะทำงานได้ทันด้วยซ้ำ) แต่เนื่องจากว่าราคาสายมันแพง และหนัก (ก็หนาตั้งครึ่งนิ้ว - -') ในที่สุดจึงมีการพัฒนาสายสัญญาณสำหรับ Ethernet แบบใหม่เรียกว่า cheapernet หรือ thinnet เป็น coaxial เหมือนกัน แต่ลดขนาดลงเหลือเพียง 1/4 นิ้ว (RG-58) ส่วน Ethernet แบบเดิมจะเรียกว่า Thick Ethernet หรือ DIX Ethernet (DIX ก็มาจากชื่อบริษัทนั่นเอง) .. ช่วงเดียวกันนี้เองที่ IEEE ได้ออกมาตรฐาน IEEE 802 สำหรับ LAN ออกมา .. หนึ่งในมาตรฐานนี้ก็คือ IEEE 802.3 ซึ่งกล่าวถึง Ethernet protocol และ physical media ที่นำมาใช้งาน โดยแยกมาตรฐานของ media เป็น 10Base5 (DIX Ethernet), 10Base2(Thinnet), 10BaseT (UTP cable), ฯลฯ .. IEEE 802.3 ได้พัฒนาให้ Ethernet ทำงานได้เร็วขึ้นโดยการลด delay ในการส่งข้อมูลลง 10 เท่า จึงได้เป็นมาตรฐานที่เรียกกันว่า Fast Ethernet ซึ่งใช้ frame format เหมือน Ethernet แต่เพิ่มอัตราการรับ-ส่งข้อมูลเป็น 100 Mbps และเพิ่มความสามารถในการทำ full duplex (แต่เดิม Ethernet เป็น half duplex) ซึ่งทำให้ประสิทิธิภาพสูงขึ้นมาอีก และยังออกมาตรฐานที่สามารถใช้งานในระยะที่ไกลขึ้นโดยเปลี่ยนสื่อเป็น optical fiber ปี 1997 IEEE 802.3 ก็ออกมาตรฐานใหม่ คือ IEEE 802.3z หรือที่เราเรียกกันว่า Gigabit Ethernet ซึ่งมีอัตราการรับส่งข้อมูลเป็น 1 Gbps .. Gigabit Ethernet ออกแบบโดยกลุ่มบริษัทที่มีธุรกิจเกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรมเครือข่ายเรียกว่า Gigabit Ethernet Alliance (GEA) โดย GEA ออกแบบให้ Gigabit Ethernet ทำงานได้ดีขึ้นกว่า Fast Ethernet และทำงานได้ดีพอๆ กับ ATM ... ATM เป็น protocol ที่ออกแบบมาดีมาก สนับสนุน Quality of Service ที่สมบูรณ์ มีคุณสมบัติที่เหมาะกับข้อมูลทุกประเภท และเป็น protocol ที่เป็นอิสระกับ physical media ดังนั้นจึงสามารถทำงานบน physical media ต่างๆ กันได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลงที่ตัว protocol . ATM ก็เลยใช้งานได้ตั้งแต่ LAN ยัน WAN โดยไม่ต้อง convert protocol ไปๆ มาๆ . อย่างใรก็ตามข้อเสียชอง ATM ก็คือเป็นเทคโนโลยีราคาแพง ทั้งในแง่ของอุปกรณ์ และบุคลากร มีความซับซ้อนมากๆ โดยเฉพาะเรื่องของ routing ใน ATM ดังนั้น การนำไปใช้งานจึงเป็นเรื่องที่ไม่สะดวกนัก .. Gigabit Ethernet ออกแบบมาให้ใช้งานกับ Fast Ethernet และ Ethernet ได้ ดังนั้นจึงใช้ frame format เหมือนเดิม แต่เพิ่มความสามารถในการทำ Class of Service เพื่อให้ทำงานได้เทียบเท่ากับ Quality of Service และสามารถสร้าง Virtual LAN ได้เหมือนกับ ATM .. ปัจจุบัน Gigabit Ethernet ใช้งานกันมากขึ้น เนื่องจากส่วนใหญ่จะคุ้นเคยกับ Ethernet มานานแล้ว จึงไม่ต้องเรียนรู้มากเหมือน ATM ค่าใข้จ่ายก็น้อยกว่าด้วย.. ตอนที่ไปประชุมที่ฮาวาย วิทยากรท่านนึงได้กล่าวถึง 10 Gigabit Ethernet ขึ้นมาในที่ประชุม ก็เลยเริ่มค้นๆ ข้อมูลมาตั้งแต่เดียวนั้น (ผมหมายถึงเดี๋ยวนั้นจริงๆ .. พอได้ยินปุ๊บก็เปิด browser เข้า www.gigabit-etherhet.org กันเลย - -'') ก็เลยได้รู้ว่ากลุ่ม GEA ได้เปลี่ยนเป็น 10GEA ไปแล้ว รวมถึง website ก็เปลี่ยนไปเป็น www.10gea.org ด้วย ..10GEA ก่อตั้งขึ้นตั้งแต่เดือนมีนาคมปี 1999 โดยรวมเอาวิศวกรจากบริษัทต่างๆ กว่า 100 บริษัท มาช่วยกันร่างมาตรฐาน IEEE 802.3ae ซึ่งจะเป็นมาตรฐานที่กล่าวถึง 10 Gigabit Ethernet .. ร่างล่าสุดตีพิมพ์ออกมาเมื่อเดือนกันยายน 2000 .. 10GEA คาดว่ามาตรฐานที่สมบูรณ์จะออกมาในปี 2002.. อย่างใรก็ตาม มีแนวโน้มว่า product ที่ใช้งานได้ตามมาตรฐานอาจจะออกมาก่อนหน้าที่มาตรฐานจะเสร็จสมบูรณ์ .. ทีแรกผมคิดว่า 10 Gigabit Ethernet ไม่น่าจะมีอะไรมากไปกว่าการทำให้มันเร็วขึ้น เพื่อจะแข่งกับ ATM OC-48 .. แต่เมื่อลองอ่านดูละเอียดๆ ก็พบว่า 10 Gigabit Ethernet ถือว่าเป็นก้าวกระโดดที่สำคัญอีกก้าวนึงของ Ethernet protocol เลยทีเดียว...

Boosted to 10 Gbps

อย่างแรกที่ต้องพูดถึงก็คงเป็นเรื่องอัตราการรับส่งข้อมูลนี่ละครับที่ปรับขึ้นเป็น 10 Gbps .. เหตุผลที่เลือกเป็น 10 Gbps ก็เนื่องจากว่าเป็นตัวเลขที่เหมาะสมในแง่ของ scalability และเป็นอัตรารับส่งที่ใกล้เคียงกับ MAN/WAN backbone ที่ความเร็ว OC-192/STM-64 ... เนื่องจาก 10 Gigabit Ethernet ยังคงใช้ frame format เดิมเหมือน MAC ก็ยังเหมือนเดิม ขนาดของ frame ก็ยังจำกัดไว้เท่าเดิม ดังนั้นมันจึงสามารถใช้งานร่วมกันได้กับเทคโนโลยี Ethernet, Fast Ethernet, และ Gigabit Ethernet ได้ อย่างไรก็ตาม 10 Gigabit Ethernet จะสนับสนุนเฉพาะ full duplex เท่านั้น และไม่สนับสนุนการใช้งานบน shared media .. แปลว่าการทำงานจะเป็น switching เท่านั้น และเพราะเหตุผลนี้เอง ทำให้ 10 Gigabit Ethernet สามารถใช้งานได้ ไม่ว่าจะมีระยะห่างระหว่าง node เท่าไหร่ก็ตาม ข้อจำกัดของระยะทางจะอยู่ที่ physical media ไม่ใช่ตัว 10 Gigabit Ethernet protocol..

LAN/MAN/WAN ในมาตรฐานเดียว

ทีนี้ถ้าลองคิดต่อจากที่ว่า ข้อจำกัดของระยะทางจะอยู่ที่ physical media ก็หมายความว่า 10 Gigabit Ethernet สามารถใช้งานเป็น protocol ของเครือข่ายได้ทุกระดับ ทั้ง LAN, MAN, และ WAN ขึ้นอยู่กับว่าใช้ physical media ใด.. นี่เป็นเรื่องใหม่สำหรับ Ethernet ครับ เพราะที่ผ่านมา Ethernet เป็นเทคโนโลยีที่เอาไว้ใช้งานกับ LAN เท่านั้น หรืออย่างมากก็ทำเป็น MAN ในระยะใกล้ๆ .. ที่สำคัญก็คือ หากเราใช้ Ethernet ในระดับ WAN ได้ เราก็จะสามารถส่ง Ethernet frame จากเครื่องนึงไปอีกเครื่องนึงได้โดยไม่ถูก convert ไปเป็น protocol อื่นเลย เหมือนกับที่ ATM ทำมาก่อนหน้านี้ ทำให้ router/L3 switch ไม่ต้องทำงานหนักในการแปลง protocol ไปๆ มาๆ .. 10 Gigabit Ethernet ยังถูกออกแบบให้ compatible กับ SONET OC-192 และ SDH STM-64 ด้วย จึงสามารถเอา 10 Gigabit Ethernet กับ SONET OC-192/SDH STM-64 มาเชื่อมกันได้โดยตรง เพื่อให้สามารถส่ง Ethernet frames ผ่าน SONET/SDH WAN PHY ได้

เรื่องเงินๆ ทองๆ ??

เรื่องของค่าใช้จ่ายในการลงทุนสำหรับ Ethernet ที่ผ่านมาเราจ่ายประมาณ 3-4 เท่าเพื่อให้ได้อัตราเร็วที่สูงขึ้นอีก 10 เท่า ค่าใช้จ่ายจะลดลงเรื่อยๆ เมื่อมีผู้ใช้มากขึ้นๆ (ดู LAN card 10/100BaseTX เดี๋ยวนี้สิครับ อันละไม่ถึงพันก็มี - -'') ถ้ามองในแง่ของอุปกรณ์ 10 Gigabit Ethernet คาดว่าจะมีการผลิตออกมาเป็นจำนวนมาก และเพราะ Ethernet เป็นเทคโนโลยีที่มีการผลิตมาก่อนแล้ว ต้นทุนในการออกแบบและผลิต chip ก็จะต่ำ Interface ของ 10 Gigabit Ethernet จะมีราคาถูกกว่า SONET OC-192/SDH STM-64 เพราะ Ethernet เป็น asynchronous มาตั้งแต่แรก จึงไม่จำเป็นต้องมีวงจรสำหรับทำ synchronization ซึ่งซับซ้อนและมีราคาแพง..

การสนับสนุนมาตรฐานต่างๆ

10 Gigabit Ethernet สนับสนุนการทำงานตามมาตรฐานต่างๆ มากมาย เช่น

• IEEE 802.1p Multicast pruning
• IEEE 802.1Q Virtual LAN/Class of Service
• IEEE 802.3ad Link Aggregation for Load Balancing
• Multi Protocol Label Switching (MPLS)
• Simple Network Management Protocol (SNMP)
• Remote Monitoring (RMON)

ดังนั้น 10 Gigabit Ethernet จึงมีขอบเขตการใช้งานค่อนข้างกว้าง เช่น ทำ server load balancing, Voice over IP โดยระบุ CoS, ทำ multicasting สำหรับ video/audio broadcasting, etc..

Physical Media

ตามร่างของ IEE 802.3ae แบ่ง physical media สำหรับ 10 Gigabit Ethernet เป็นสองแบบคือสำหรับ LAN และสำหรับ WAN ทั้งสองอย่างจำเป็นต้องใช้ optical fiber ทั้งคู่ ซึ่งมีดังนี้ครับ

ส่วนชื่อตามมาตรฐานของ 10GEA ก็จะมี 10GBASE-R สำหรับ LAN, 10GBASE-X สำหรับ WDM LAN/WAN และ 10GBASE-W สำหรับ WAN

สรุปกันเถอะ

10 Gigabit Ethernet เป็นเทคโนโลยีใหม่ที่สำคัญอันหนึ่งในอนาคตอีก 2-3 ปีข้างหน้า เพราะทำให้ LAN / MAN / WAN กลายเป็นหนึ่งเดียว สามารถใช้งานบนโครงข่าย SONET OC-192/SDH STM-64 ได้ จึงไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงโครงสร้างพื้นฐานสำหรับ WAN ที่มีในปัจจุบัน

10 Gigabit Ethernet เป็นทางเลือกที่ดีอีกทางเลือกหนึ่งในอนาคตสำหรับการวางเครือข่ายที่เป็น high-speed backbone หรือใช้เป็น high-speed LAN สำหรับในองค์กรที่มีข้อมูลในการสื่อสารระหว่างกันมากๆ ... อย่างไรก็ตามเรายังคงต้องรอดูเทคโนโลยีของ 10 Gigabit Ethernet นี้อีกซักพัก เพราะในวันนี้มันยังคงเป็นเพียงร่างในกระดาษ ถึงแม้ว่าเวลานี้จะมี product 10GbE ออกมาแล้วก็ตาม (ในรูป เป็น traffic generator/analyzer ของบริษัท Ixia รุ่น1600T รองรับ 16-port 10GBASE-R + 10-port 10GBASE-X + 1-port 10GBASE-W) แต่ก็ไม่ได้รับประกันว่า product จะทำงานได้ตามมาตรฐานที่จะออกมาในปี 2001.. ภายใน 1-2 ปีนี้อาจจะมี product 10 Gigabit Ethernet ออกมาอีก แต่เชื่อกันว่าจะเป็นรุ่นที่ยังไม่เป็นมาตรฐาน 100% และอาจจะใช้งานร่วมกับ product ของบริษัทอื่นๆ ไม่ได้... ตามที่ 10GEA คาดการณ์ไว้ต้องรอจนถึงราวๆ ปี 2003-2004 จึงจะมี product ที่ใช้งานตามมาตรฐานได้จริง.. เฮ่อ.. เทคโนโลยีมันก้าวหน้าเร็วเหลือเกิน ตามไม่ทันจริงๆ เลย .. บางทีอีก 5-10 ปีข้างหน้าเราคงได้อ่านเรื่อง 100 Gigabit Ethernet หรือไม่ก็ Terabit Ethernet กันอีกเป็นแน่..

Ethernet Technology

เป็นรูปแบบการต่อสายสัญญาณ หรือ เคเบิล ที่มีผู้นิยมใช้กันมากที่สุดอย่างหนึ่ง ถ้าพูดถึง ความเร็วในการรับส่งสัญญาณของ Ethernet
Ethernet เป็นการเรียกระบบเครือข่ายการรับส่งข้อมูลที่ความเร็ว 10 Mbps
Fast Ethernet หมายถึงการรับส่งข้อมูลที่ความเร็ว 100 Mbps
Gigabit Ethernet หมายถึงความเร็วในการรับส่งข้อมูล 1,000 Mpbs

โดยเทคโนโลยี Ethernet จะทำงานบนพื้นฐานของเทคโนโลยีที่เรียกว่า CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) ซึ่งเป็นโปรโตคอลบนมาตรฐาน IEEE 802.3 หรือจะกล่าวได้ว่าเทคโนโลยี Ethernet เป็นเทคโนโลยีที่ส่งผ่านข้อมูลไปให้ผู้ใช้หลายๆ คน โดยที่มีระบบตรวจสอบการชนกันของข้อมูลด้วย โดยเทคโนโลยี Ethernet นั้นจะสามารถส่งผ่านข้อมูลได้ก็ต่อเมื่อ ในขณะนั้นไม่มีข้อมูลอื่นใดวิ่งอยู่บนระบบเครือข่าย หากในขณะนั้นระบบเครือข่ายมีผู้อื่นใช้งานอยู่ เราก็จะต้องรอให้ผู้อื่นเสร็จสิ้นการใช้งานระบบเครือข่ายก่อนจึงจะส่งผ่านข้อมูลได้

เทคโนโลยี Ethernet นั้น จะมีความสามารถในการรับ-ส่งข้อมูลอยู่ที่ 10 Mbps แต่ก็ยังมีเทคโนโลยีที่มีการทำงานและการตรวจสอบการชนกันของข้อมูลเหมือนกับ Ethernet แต่สามารถรับและส่งผ่านข้อมูลได้รวดเร็วกว่า Ethernet ถึง 10 เท่า โดยสามารถรับ-ส่งข้อมูลได้ที่ความเร็ว 100 Mbps นั่นก็คือเทคโนโลยีที่เรียกว่า Fast Ethernet

หรืออาจกล่าวได้ว่า การใช้เทคโนโลยี Ethernet เปรียบได้กับถนนที่มีความกว้าง 10 เลน ในขณะที่การใช้งาน Fast Ethernet นั้นเหมือนถนนที่มีความกว้าง 100 เลน ซึ่งในช่วงเวลาเดียวกันนั้น Fast Ethernet สามารถส่งผ่านข้อมูลได้มากกว่า Ethernet ถึง 10 เท่าทีเดียว

ในปัจจุบันนั้น Ethernet ได้พัฒนาขึ้นไปถึงเทคโนโลยีการรับ-ส่งข้อมูลแบบ 10G. หรือ 10 Gbps. โดยสามารถรับ-ส่งข้อมูลได้ที่ความเร็วมากกว่าเทคโนโลยี Gigabit Ethernet ถึง 10 เท่า ซึ่งเทคโนโลยี 10G. นี้น่าจะเป็นเทคโนโลยีที่ได้รับความนิยมเป็นอย่างมากในอนาคตอันใกล้นี้

เทคโนโลยี Ethernet นั้นเป็นเทคโนโลยีที่องค์กรโดยส่วนใหญ่ในปัจจุบัน ไม่ว่าจะเป็นองค์กรขนาดเล็กหรือใหญ่ก็ตามมักจะนิยมเลือกใช้งาน เพราะว่าเทคโนโลยี Ethernet นี้เป็นเทคโนโลยีระบบเครือข่ายที่มีค่าใช้จ่ายค่อนข้างถูกถ้าเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีแบบอื่นๆ นอกจากนั้นยังมีความยืดหยุ่นค่อนข้างสูงอีกด้วย


ที่ได้กล่าวมาในเบื้องต้นนั้น เป็นการหลักพื้นฐานในการเลือกนำเทคโนโลยีต่างๆ มาใช้งานในระบบเครือข่ายนะครับ ในครั้งหน้า เราจะมาคุยกันถึงเรื่องการเลือกอุปกรณ์ต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นอุปกรณ์ Router หรืออุปกรณ์ Switching ก็ตาม เพื่อนำมาใช้งานในระบบเครือข่ายด้วย

Ethernet Technology
การรับส่งข้อมูลตามมาตรฐาน Ethernet อยู่คู่กับระบบเครือข่ายคอมพิวเตอร์มานานมากแล้ว แทบจะเรียกได้ว่าตั้งแต่เริ่มมีเทคโนโลยีเครือข่ายเลยทีเดียว ..Ethernet พัฒนาโดยสามบริษัทใหญ่แห่งวงการคอมพิวเตอร์ คือ Digital Equipement Corp., Intel, และ Xerox เมื่อราวปี 1973 ..

ในสมัยแรก Ethernet ใช้สายสัญญาณ RG-8 Coaxial Cable ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางสายถึงครึ่งนิ้ว เชื่อมต่อเป็น bus topology การต่อสายเข้าไปยัง workstation จะใช้วิธีบีบเขี้ยวโลหะให้จมลงไปในสายเพื่อให้สัมผัสกับตัวนำข้างใน มีอัตราในการรรับส่งข้อมูล 2.94 Mbps