نسل آینده اترنت: یک ترابیت بر ثانیه

در سال ۲۰۱۰ مؤسسه IEEE که توسعه استاندارد شبکه‌های کامپیوتری را برعهده دارد، استاندارد ۸۰۲٫۳ba را پس از سه سال تصویب کرد و شبکه‌های اترنت به مرز سرعت‌های ۴۰ و ۱۰۰ گیگابیت بر ثانیه رسیدند.

در سال ۲۰۱۰ مؤسسه IEEE که توسعه استاندارد شبکه‌های کامپیوتری را برعهده دارد، استاندارد ۸۰۲٫۳ba را پس از سه سال تصویب کرد و شبکه‌های اترنت به مرز سرعت‌های ۴۰ و ۱۰۰ گیگابیت بر ثانیه رسیدند. در این زمان کارشناسان و پژوهشگران پیش‌بینی می‌کردند که خیلی زود باید استاندارد جدیدی به تصویب برسد تا سرعت شبکه‌های اترنت را به چند صد گیگابیت بر ثانیه برساند. در سال ۲۰۰۹ نشریه نت‌ورک‌ورلد با ارزیابی ترافیک شبکه‌ها و افزایش حجم اطلاعات روی اینترنت، برآورد کرده بود که استاندارد بعدی شبکه‌های اترنت بعد از ۴۰Gbps و ۱۰۰Gbps، استاندارد ۴۰۰Gbps است. پیش‌بینی‌ها و انتظارات درست بود و مؤسسه IEEE در ماه آگوست ۲۰۱۲ از تدوین استاندارد جدیدی خبر داد که مهم‌ترین دستاورد آن دستیابی شبکه‌های گسترده به سرعت‌های یک ترابایت بر ثانیه تا سال ۲۰۱۵ و ده ترابایت بر ثانیه تا سال ۲۰۲۰ است.

نیازمندی‌ها
پیش از این‌‌که به سراغ مشخصات و ویژگی‌های استاندارد آینده شبکه‌های اترنت برویم، بهتر است کمی درباره چرایی و نیازمندی‌های این استاندارد صحبت کنیم. تیم تحقیقاتی مؤسسه IEEE گزارش‌هایی از ترافیک آدرس‌های IP روی اینترنت و نرخ رشد پهنای‌باند (CAGR) در صنایع مختلف ارائه داده‌اند که  به کمک آن به خوبی می‌توان دریافت که حجم اطلاعات در هر سال بیشتر ازسال قبل می‌شود. حجم ترافیک آدرس‌های IP عمومی روی اینترنت از سال ۲۰۱۰ تا سال ۲۰۱۵ در شکل ۱ نمایش داده شده است.

شکل ۱:وضعیت ترافیک آدرس‌های IP عمومی

همان‌طور که مشخص است در این مدت ترافیک دستگاه‌های موبایل ۹۲ درصد افزایش خواهد یافت. همچنین میزان افزایش ترافیک دستگاه‌های بی‌سیم ۳۹ درصد و سهم شبکه‌های کابلی ۲۴ درصد است. در مجموع از سال ۲۰۱۰ تا سال ۲۰۱۵ نزدیک به ۳۲ درصد در هر سال افزایش ترافیک خواهیم داشت. گسترش تجهیزات موبایل و استقبال از سرویس‌ها و شبکه‌های ارتباطی روی آن‌ها، به‌خوبی این آمار و ارقام را تأیید می‌کند. برهمین اساس مؤسسه IEEE نمودار نرخ رشد اطلاعات براساس مگابیت بر ثانیه را رسم کرده است که در شکل ۲ قابل مشاهده است.

شکل ۲:نرخ رشد پهنای باند در هسته شبکه و ورودی/خروجی سرورها

در این نمودار به‌خوبی مشخص است که در سال ۲۰۱۵ پهنای‌باند هسته شبکه شامل سرورها، تجهیزات زیرساختی شبکه مانند روتر و سوئیچ، تجهیزات ذخیره‌سازی، مراکز داده، سایت‌های با ترافیک زیاد، بانک‌های الکترونیکی و… باید بیش از صد گیگابیت بر ثانیه باشد و در سال ۲۰۲۰ دقیقاً به پهنای‌باندهای چند ترابیتی نیاز پیدا خواهد شد. شکل ۳ نیز وضعیت افزایش ترافیک و حجم اطلاعات بخش‌های مختلف را درسال ۲۰۱۰  براساس ضریبی از ترافیک نشان می‌دهد.

شکل۳:مقایسه نرخ رشد پهنای باند در بخش‌های مختلف شبکه

در حقیقت براساس این داده‌ها، سال ۲۰۱۰ یک نقطه تغییر و جهش برای ترافیک‌های مختلف شبکه‌ها بوده و نشان می‌دهد که باید به‌دنبال استانداردها و پروتکل‌های جدیدی باشیم. برخی از ضرایب ترافیک نسبت به سال ۲۰۱۰ صد‌برابر می‌شوند و این به معنای نیاز به پهنای‌باند بیشتر و پشتیبانی تجهیزات سخت‌افزاری و نرم‌افزاری از این پهنای‌باندها است. نکته دیگری که باید در نظر گرفت، وضعیت استانداردهای ۴۰Gbps و ۱۰۰Gbps است که نسبت به استاندارد قبلی خود یعنی ۱۰Gbps یک جهش بزرگ به شمار نمی‌آمد و مراکز داده و شبکه‌های گسترده WAN خیلی سریع به مرزهای این استانداردها رسیدند و نیاز به سرعت‌های بیشتر احساس می‌شد.
استاندارد جدید ۸۰۲٫۳
مؤسسه IEEE در ابتدای سال ۲۰۱۲ با تشکیل گروهی با نام Industry Connections Higher Speed Ethernet Consensus ابتدا بررسی وضعیت پهنای‌باند شبکه‌های کامپیوتری و ترافیک اینترنت را به آن‌ها سپرد و پس از انتشار گزارش این گروه، تدوین فرمت جدیدی از استاندارد ۸۰۲٫۳ را برای شبکه‌های گسترده تجاری و صنعتی کلید زد. هدف این گروه تدوین پیش‌نویس استاندارد بعدی شبکه‌های اترنت است که سرعت انتقال اطلاعات را ابتدا به ۴۰۰ گیگابیت بر ثانیه و در مرحله بعدی به یک ترابیت بر ثانیه برساند. این گروه متشکل از اعضایی است که شامل کاربران، سازندگان محصولات سخت‌افزاری شبکه، مراکز داده، سرورها، موسسات مالی و بانکی، اپراتورها و سرویس‌دهندگان اینترنت و شبکه‌های کامپیوتری، اپراتورهای سیستم‌های چندگانه، شرکت‌های محاسبات کامپیوتری، تجهیزات ذخیره‌سازی تحت شبکه و دیگر بخش‌های مرتبط با شبکه‌های اترنت و استاندارد ۸۰۲٫۳ می‌شوند. این گروه در گزارش  خود، بیان کرده  است که شبکه‌های کامپیوتری باید در سال ۲۰۱۵ از پهنای‌باند یک ترابیت بر ثانیه و در سال ۲۰۲۰ از پهنای‌باند ده ترابیت بر ثانیه  برخوردار باشند. جان دی آمبروژا مدیر گروه IEEE 802.3 Ethernet Bandwidth Assessment Ad Hoc و گروه تازه تأسیس EEE 802.3 Industry Connections Higher Speed Ethernet Consensus و مدیر بخش اترنت شرکت دل، درباره استاندارد جدید می‌گوید: «سعی می‌کنیم مراحل اولیه استاندارد جدید شبکه‌های اترنت ساده باشد و سریع پیش برود. اطلاعات جمع‌آوری شده توسط سیستم‌های ارزیابی پهنای‌باند نشان می‌دهد که رشد پهنای‌باند به صورت یک تابع نمایی است و در فضاهای مختلف شرایط گوناگونی در حال اتفاق افتادن است. بنابراین نیاز به استاندارد جدیدIEEE 802.3 برای شبکه‌های صنعتی و دسترسی به پهنای‌باند بیشتر از ۱۰۰Gbps ضروری به نظر می‌رسد.»آمبروزیا در ادامه می‌گوید که کمیته تشکیل شده پس از چند ماه بررسی و ارزیابی به این نتیجه رسیده است که در سال ۲۰۱۵ سرعت شبکه‌ها باید ده‌برابر بیشتر از سرعت آن‌ها در سال ۲۰۱۰ باشد و همین‌طور در سال ۲۰۲۰ این سرعت باید صد برابر باشد. به گفته مدیر گروه تدوین استاندارد آینده شبکه‌های اترنت، تعداد زیادی از اعضاء در حال حاضر روی ویژگی‌های شبکه‌های ۴۰۰Gbps و ۱Tbps متمرکز شده‌اند و شرکت‌هایی که سازنده سخت‌افزار شبکه هستند، باید ویژگی‌ها و مشخصات شبکه‌های ۴۰۰Gbps را بررسی و ارزیابی کنند. اما کاربران و مصرف‌کنندگان باید برای شبکه‌های یک ترابیت بر ثانیه آماده شوند و طرح‌ها و راهکارهای خود را برای شبکه‌هایی با این مشخصه تدوین کنند.

تردیدها و نگرانی‌ها
با انتشار خبر استاندارد جدید شبکه‌های اترنت، موجی از تردید و نگرانی در میان کارشناسان و مدیران شبکه‌ها به وجود آمده است. آمبروزیا دراین‌باره می‌گوید: «نخستین پرسشی که از من می‌پرسند، اقتصادی بودن استانداردهای جدید است. در جواب باید بگویم که استانداردهای جدید به‌صرفه و اقتصادی و از نظر فنی نیز قابل اجرا هستند. اگر مردم بدانند چه‌چیزی به دست می‌آورند و پهنای‌باند یک ترابیتی چه مزایایی برای آن‌ها دارد و چه سرویس‌ها و شبکه‌هایی می‌توانند ارائه بدهند، برایشان توجیه‌پذیر خواهد بود.» او معتقد است مردم می‌دانند چه سونامی اطلاعاتی در آینده وجود خواهد داشت اما برای استانداردهای جدید آماده نیستند و فکر می‌کنند با روش‌های رایجی مانند استفاده از چندین اتصال ارتباطی فیزیکی (Multiple Physical C onnections)  می‌توانند این سونامی را رد کنند و به سرعت‌های بالاتر دست پیدا کنند، در حالی که این روش‌ها در عمل سرعت بیشتری روی شبکه ایجاد نمی‌کنند و گران‌تر هم هستند. به عنوان مثال می‌توان با ترکیب ۱۶ اتصال ۲۵ گیگابیتی به یک اتصال۴۰۰ گیگابیتی رسید یا با ۴۰ اتصال ۲۵ گیگابیتی به یک اتصال یک ترابیتی رسید. برای دو ترابیت پهنای باند شما باید ۸۰ اتصال داشته باشید که در مقایسه با استاندارد جدید گران‌تر و از نظر عملیاتی سخت‌تر است و سرعت دو ترابیت واقعی را به‌دست نخواهید آورد. نگرانی دیگر متخصصان شبکه کابل‌ها و کانکتورهایی است که باید برای استاندارد جدید تهیه کرد. در شبکه‌های چند صد مگابیتی و حتی تا ده گیگابیتی از کانکتور RJ-45 و کابل‌های مسی استفاده می‌شد و کاربران به این مشخصات شبکه عادت کرده‌اند. بزرگ‌ترین مشکل استانداردهای ۴۰Gbps و ۱۰۰Gbps استفاده از کانکتورهای جدید و کابل‌های فیبر نوری خاصی است که مثلاً بیشتر از چند متر را پوشش نمی‌دهند. در طراحی شبکه‌های پرسرعت اترنت، کانکتورها و کابل‌ها نقشی کلیدی دارند و یکی از پارامترهای اساسی طراحی هستند. اکنون این پرسش مطرح می‌شود که در استاندارد جدید،  وضعیت این سخت‌افزارها چگونه است؟ آمبروزیا در پاسخ به این پرسش می‌گوید: « این‌ها مسائلی است که باید در گروه تشکیل شده روی آن بحث کرد و بی‌شک مد نظر قرار می‌گیرند. اما به هر حال شما باید برای به‌دست‌آوردن یک مزیت جدید چند ویژگی را قربانی کنید. دوره سوکت RJ-45 و کابل مسی تمام شده است و ناگزیر هستید از سخت‌افزارهای جدید استفاده کنید چراکه دارید اطلاعات بیشتری تولید می‌کنید و تمایل دارید اطلاعات باکیفیت‌تری روی بسترهای شبکه منتقل کنید.» با این اوصاف، به‌نظر می‌رسد تدوین استاندارد جدید یکی دو سالی طول بکشد و در این مدت مشخصات و ویژگی‌های بیشتری از آن منتشر شود. هنوز برای قضاوت درباره آن زود است؛ هرچند که آمار و ارقام می‌گویند گریزی از آن نیست و پهنای‌باندهای کنونی جوابگو نخواهند بود