Тестируем сверхскоростную сеть и ищем слабые ее места. Где возможно применение

Ethernet является широко распространенной и доминирующей технологией для проводных ло­кальных сетей. Преимущественно используется в корпоративных ЛВС, для обеспечения ШПД, в ЦОДах, а также для связи между сетями MAN и даже WAN. Рынок решений на основе Ethernet до­стиг достаточных размеров для того, чтоб ускорить увеличение скоростей для конкретных видов использования. Залог популярности технологии Ethernet кроется в наличии недорогих, надежных и совместимых сетевых решений от целого ряда поставщиков. Успешность гигабитного и 10-гига­битного Ethernet подтверждает важность выбора технологий, связанных с управлением сети.

Технология Ethernet появилась в начале 1980-х годов и с тех пор стала основным решением для развертывания локальных вычислительных сетей (ЛВС) в офисном пространстве. Требо­вания к пропускной способности ЛВС стремительно росли из года в год. К счастью, росла и пропускная способность Ethernet. Сейчас на дворе эпоха гигабитного Ethernet.

Изначально Ethernet представлял собой систему на базе шинной топологии со скоростью передачи данных 2.94 Мбит/с по коакси­альному кабелю. В топологии типа «общая шина» все рабочие стан­ции подключены к одному кабелю, при этом станции не могут пе­редавать одновременно, а только последовательно. Использование шины регулируется с помощью протокола управления доступом к среде (Medium Access Control – MAC), в основе которого лежит прин­цип обнаружения конфликтов. По сути, каждая рабочая станция мо­жет свободно передавать MAC-кадры по шине. Если станция обна­руживает конфликт при передаче, она приостанавливает передачу и через некоторое время предпринимает новую попытку.

Рис.1. Стандарты физического уровня IEEE 802.3

Первым поступившим в продажу оборудованием на основе Ethernet стали системы на базе шинной топологии со скоростью 10 Мбит/с. Их появление совпало с разработкой единого стандарта Ethernet комитетом IEEE 802.3. Также, не меняя MAC-протокол или формат MAC-кадров, можно было использовать конфигурацию на базе топологии «звезда», при которой трафик идет через цен­тральный узел, а пересылка данных через узел возможна в опреде­ленный момент времени только одной станцией. Для повышения пропускной способности вместо узла используется коммутатор, что позволяет работать в полнодуплексном режиме. При использовании коммутатора применяются тот же формат и протокол MAC, однако обнаружения конфликтов больше не требуется. По мере роста спро­са и требований к пропускной способности был усовершенствован MAC-уровень. В частности, были увеличены кадры MAC-уровня.

В настоящее время скорость систем Ethernet достигает 100 Гбит/с. На рис.1 обобщена информация об этапах развития стандартов IEEE 802.3.

Технология Ethernet быстро завоевала всеобщее признание и ста­ла основной технологией для ЛВС, со временем также распростра­нившись на региональные вычислительные сети. Она применяется в различных целях и средах.

Ошеломляющий успех технологии Ethernet обусловлен ее чрезвы­чайно высокой адаптивностью. При любой пропускной способности используется один и тот же протокол и формат кадров MAC. Разли­чия наблюдаются на физическом уровне, в определении метода сиг­нализации и средствах передачи.

Теперь рассмотрим характеристики Ethernet с гигабитными скоро­стями передачи данных.

Гигабитный Ethernet (1 Гбит/с)

На протяжении многих лет первоначальной мощности Ethernet (10 Мбит/с) было достаточно для удовлетворения нужд большин­ства офисов. Однако к началу 1990-х годов стала очевидна необхо­димость повышения скорости передачи дынных для поддержки ра­стущей нагрузки трафика в типичной локальной сети.

Основными движущими силами процесса повышения скорости Ethernet стали:

• Централизованные серверные фермы: во многих мультимедий­ных приложениях требуется, чтобы клиентская система могла получать большие объемы данных от множества централизован­ных серверов, которые называются «серверные фермы». С ростом производительности серверов пропускная способность сети стала недостаточной.
• Рабочие группы, потребляющие большие объемы данных: как правило, такие группы состоят из небольшого количества поль­зователей, которым требуется обмениваться по сети большими файлами. Например, разработчики программного обеспечения и специалисты по компьютерному моделированию.

Высокоскоростные магистральные сети: по мере роста требова­ний к производительности компьютеров, компании стали созда­вать системы ЛВС, связанные высокоскоростными магистральны­ми линиями.

Для удовлетворения таких потребностей комитет IEEE 802.3 раз­работал ряд спецификаций для повышения пропускной способно­сти Ethernet до 100 Мбит/с, а еще через несколько лет были созданы стандарты для гигабитного Ethernet. В каждой новой спецификации новые средства передачи и схемы кодировки строились на основе уже известной технологии Ethernet, что делало переход на новые стандарты проще, чем если бы каждый раз спецификации создава­лись с нуля.

Гигабитный стандарт включает ряд вариантов передачи данных (Рис. 2):

• 1000BASE-SX: Коротковолновый вариант. Оптоволоконный мно­гомодовый кабель диаметром 62,5 мкм и длиной до 275 м или ди­аметром 50 мкм и длиной до 550 м, поддерживающий дуплексные линии. Используемые длины волн находятся в диапазоне от 770 до 860 нм.
• 1000BASE-LX: Длинноволновый вариант. Оптоволоконный мно­гомодовый кабель диаметром 62,5 мкм или 50 мкм, поддержи­вающий дуплексные линии длиной до 550 м или одномодовый кабель диаметром 10 мкм длиной до 5 км. Используемые длины волн находятся в диапазоне от 1270 до 1355 нм.
• 1000BASE-CX: Этот вариант поддерживает гигабитные линии связи между устройствами, расположенными в одном помещении или в одной аппаратной стойке, для которых используются мед­ные перемычки (специализированные экранированные кабели из витых пар протяженностью не более 25 м). Каждая линия состоит из отдельной экранированной витой пары, данные по которой пе­редаются в обе стороны.
• 1000BASE-T: Этот вариант использует четыре неэкранированных витых пары категории 5 для связи с устройствами на расстоянии до 100 м, передавая и получая данные на все четыре пары одно­временно с эхокомпенсацией.

В первых трех из вышеприведенных вариантов гигабитного Ethernet используется система кодирования 8B/10B, в которой 8-битные символы при передаче кодируются 10 битами. Добавление битов выполняет две функции. Во-первых, в результате код обеспе­чивает стабильное соотношение нолей и единиц по сравнению с не­кодированным потоком и позволяет ограничить число подряд иду­щих нолей и единиц, которые иначе бы замедляли синхронизацию между отправляющим и получающим устройствами. Во-вторых, код позволяет выявлять ошибки.

Для 1000BASE-T используется кодирование 4D-PAM5, сложная си­стема, описание которой не входит в задачи данной статьи.

Как правило, при использовании гигабитного Ethernet, опорный коммутатор ЛВС со скоростью 1 Гбит/с обеспечивает связь по ма­гистральной линии с центральными серверами и коммутаторами Ethernet высокоскоростных рабочих групп. Каждый коммутатор рабочей группы поддерживает как связь со скоростью 1 Гбит/с для соединения с опорным коммутатором ЛВС и поддержки высокопро­изводительных серверов рабочих групп, так и связь со скоростью 100 Мбит/с для работы с высокопроизводительными рабочими станци­ями, серверами и коммутаторами ЛВС со скоростью 100 Мбит/с.

10-гигабитный Ethernet

Еще не высохли чернила на спецификациях гигабитного Ethernet, когда стало ясно, что по мере роста трафика эта технология не сможет удовлетворить растущие потребности даже в краткосрочной перспективе. В связи с этим комитет IEEE 802.3 вскоре принял стандарт 10-ги­габитного Ethernet. Основным требованием для нового стандарта было повышение внутрисете­вого трафика (локальные взаимосвязанные сети) и интернет-трафика.

Стремительный рост внутрисетевого и интернет-трафика стал результатом целого ряда факторов:

Рост количества сетевых подключений.

Рост скорости соединения каждой рабочей станции (например, пользователи с подключением 10 Мбит/с стали переходить на 100 Мбит/с, а те, кто пользовался аналоговыми модемами 56K стали переходить на DSL или кабельные модемы).

Распространение приложений, требующих большой пропуск­ной способности сети, например, высококачественного видео- контента.

Рост трафика по интернет-хостингу и хостингу приложений.

Изначально 10-гигабитный Ethernet использовался на высокоско­ростных локальных магистральных линиях, соединяющих мощные коммутаторы. По мере повышения требований к пропускной спо­собности, 10-гигабитный Ethernet стали применять и в других сег­ментах сети, включая серверные фермы, опорные и локальные сети. Эта технология позволяет интернет-провайдерам и поставщикам ус­луг сетевого доступа обеспечивать высокую скорость связи при ми­нимальных издержках между коммутаторами операторского класса и маршрутизаторами.

Данная технология также позволяет строить сети MAN и WAN, сое­диняющие географически удаленные друг от друга ЛВС между кам­пусами или точками присутствия (PoP). Таким образом, Ethernet стал конкурировать с протоколом АТМ (асинхронный режим пе­редачи) и другими географически распределенными системами и сетевыми технологиями передачи данных. В большинстве случаев, когда требования заказчика сводятся к передаче данных и исполь­зованию TCP/IP, 10-гигабитный Ethernet обладает существенными преимуществами по сравнению с протоколом АТМ как для конеч­ных пользователей, так и для провайдеров. К таким преимуществам относятся следующие:

Не требуется осуществлять дорогостоящую конвертацию пакетов Ethernet в ячейки АТМ, существенно снижающую пропускную способность; вся сеть работает по технологии Ethernet.
Сочетание IP и Ethernet обеспечивает возможность отслеживать качество и класс предоставляемых услуг передачи данных на со­поставимом с АТМ уровне, то есть продвинутые технологии управ­ления трафиком доступны как пользователям, так и провайдерам.

• В спецификациях 10-гигабитного Ethernet представлено большое разнообразие стандартных оптических интерфейсов (длина вол­ны и расстояние), что способствует оптимизации функционирова­ния самой технологии и делает использование LAN, MAN и WAN менее затратным.

Максимальное расстояние колеблется от 300 метров до 40 килo- метров. Связь работает исключительно в полнодуплексном режиме на различном оптоволоконном оборудовании.

Для 10-гигабитного Ethernet предусмотрены четыре стандарта физической среды (Рис. 3). Первые три имеют по два подвида: R и W. Буквой R обозначаются виды физической среды, в которых при­меняется технология кодирования 64B/66B (66 бит линейного кода на 64 бита данных), обладающая теми же преимуществами, что и 8B/10B при более низких накладных расходах. Стандарты R предна­значены для так называемого темного волокна, то есть для не рабо­тающих в данный момент каналов волоконно-оптического кабеля, которые не соединены с каким-либо оборудованием. Буквой W обо­значаются виды физической среды, в которых также используется код 64B/66B, и имеется возможность подсоединения к оборудова­нию синхронных оптических сетей.

Ниже приведены описания четырех стандартов физической среды:

• 10GBASE-S (для коротких расстояний): 850 нм по многомодово­му волокну с поддержкой расстояний до 300 метров. Существуют версии 10GBASE-SR и 10GBASE-SW.
• 10GBASE-L (для дальних расстояний): 1310 по одномодовому во­локонно-оптическому кабелю с поддержкой расстояний до 10 км. Существуют версии 10GBASE-LR и 10GBASE-LW.
• 10GBASE-E (расширенный): 1550 нм по одномодовому волокон­но-оптическому кабелю при поддержке расстояний до 40 км. Су­ществуют версии 10GBASE-ER и 10GBASE-EW.
• 10GBASE-LX4: 1310 нм по одномодовому волоконно-оптическому кабелю при поддержке расстояний до 10 км. В данной среде ис­пользуется технология оптического мультиплексирования WDM для мультиплексирования четырех несущих волн.

40-гигабитный и 100-гигабитный Ethernet

Ethernet – оптимальная и наиболее распростра­ненная технология для проводных локальных сетей. Именно ей отдается предпочтение при развертывании корпоративных ЛВС, обеспече­нии работы широкополосного доступа и центров обработки и хранения данных (ЦОДов). Ethernet также пользуется популярностью в рамках сетей MAN и даже WAN.

Кроме того, Ethernet на данный момент является наиболее попу­лярным средством предоставления проводного сигнала для обеспе­чения работы таких беспроводных технологий как Wi-Fi and WiMAX в локальных сетях Ethernet.

Рис.4. Пример конфигурации 100-гигабитного Ethernet для крупного
объекта с множеством сверхкомпактных серверов

Популярность технологии Ethernet обусловлена наличием недоро­гих, надежных и совместимых сетевых продуктов от различных по­ставщиков. По мере сближения и объединения различных средств связи, разрастания серверных ферм, популяризации IP-телефонии, IP-телевидения и приложений Web 2.0 появился спрос на коммута­торы Ethernet с еще большей пропускной способностью. Появлению 100-гигабитного Ethernet способствовало следующее:

• ЦОДы и поставщики мультимедийных интернет-ресурсов: по мере увеличения объема мультимедийного контента в интернете и роста популярности интернет-приложений, поставщики кон­тента расширяют ЦОДы, максимально используя возможности 10-гигабитного Ethernet. Такие компании, скорее всего, первыми перейдут на 100-гигабитный Ethernet в силу необходимости обе­спечения высокой пропускной способности.
• Городские сетевые операторы и поставщики видеоконтента: раз­витие сегмента видео по запросу сыграло определяющую роль в развитии нового поколения городских сетей на основе 10-гигабит­ного Ethernet. В среднесрочной перспективе таким провайдерам наверняка тоже потребуется высокая пропускная способность.
• Корпоративные ЛВС: продолжение сближения голосовой связи, видеосервисов и услуг по хранению данных ведет к повышению требований к коммутаторам. Однако большинство компаний до сих пор располагают лишь гигабитным или 10-гигабитным Ethernet, а переход на 100-гигабитный Ethernet вряд ли будет бы­стрым.

Точки обмена интернет-трафиком и опорные сети крупных про­вайдеров: через эти узлы проходят огромные потоки информа­ции, что не может не способствовать переходу на 100-гигабитный Ethernet.

В 2007 году рабочая группа IEEE 802.3 разрешила создать проект­ное подразделение IEEE P802.3ba по разработке 40-гигабитного и 100-гигабитного Ethernet. В запросе на создание проекта 802.3ba приводилось множество примеров ситуаций, в которых необходи­мая пропускная способность выше, чем 10 Гбит/с. Речь шла о точках обмена интернет-трафиком, высокопроизводительных вычислени­ях и доставке видео по запросу. В запросе также приводилось обо­снование наличия в новом стандарте двух скоростей передачи дан­ных (40 и 100 Гбит/с), согласно которому темпы роста потребностей сетей и конечных станций неодинаковы.

На Рис. 4 показаны примеры использования 100-гигабитного Ethernet. В крупных ЦОДах с большим количеством сверхкомпакт­ных серверов наблюдается тенденция по оснащению отдельных серверов 10-гигабитными портами, чтобы они могли справляться с большими объемами проходящего через них трафика. Обычно в одной стойке несколько серверов и один или два 10-гигабитных ком­мутаторов для соединения всех серверов и взаимодействия с други­ми стойками. Коммутаторы обычно встроены в стойку и называются ToR (Top-of-Rack)-коммутаторами. Термин ToR считается синони­мом понятия «коммутатор доступа», даже если он не расположен на верхнем этаже стойки (top of rack). Обеспечение связи между множеством стоек сверхкомпактных серверов за счет установки в них дополнительных 10-гигабитных коммутаторов представляется все менее целесообразным для крупных ЦОДов, предоставляющих, например, услуги по хранению и обработке облачных данных. Для обработки все большего объема данных требуются коммутаторы с пропускной способностью более 10 Гбит/с. С их помощью можно не только обеспечить связь между серверными стойками, но и соедине­ние с внешними устройствами посредством контроллеров сетевого интерфейса (NICs).

Первые устройства этого уровня появились в 2009 году, а создание стандарта IEEE 802.3ba завершилось в 2010 году. Пока большинство компаний отдает предпочтение 40-гигабитным коммутаторам, од­нако, ожидается, в ближайшие годы рыночная доля 40-гигабитного и 100-гигабитного Ethernet существенно вырастет.

Стандартом IEEE 802.3ba предусмотрено три типа среды

• Варианты физической среды для 40-гигабитного и 100-гигабитного Ethernet

Обозначения:

Медь: K = объединительная плата; C = соединение кабелей

Оптоволокно: S = короткий (100 м); L — длинный (10 км);

E = расширенный диапазон (40 км)

Система кодирования: R = блочное кодирование 64B/66B

Последняя цифра: кол-во линий (медный кабель или длина волн для оптоволокна)

(Таблица 1): медная плата, твин-аксиальный кабель (что-то вроде коаксиального кабеля) и оптоволокно. Для меди предусмотрено четыре отдельные физические линии. Для оптоволокна предусмо­трены либо 4, либо 10 длин волн в зависимости от расстояния и про­пускной способности.

Метод многополосного распределения (Multilane Distribution, MLD)

В основе стандарта 802.3ba лежит технология MLD, позволяющая достигать требуемых скоро­стей. В этой связи необходимо рассказать о двух концепциях: собственно об MLD и о виртуальных полосах.

В целом, метод MLD заключается в том, что для обеспечения ско­рости в 40 Гбит/с или 100 Гбит/с можно соединить конечную стан­цию с Ethernet коммутатором или два коммутатора по нескольким параллельным полосам (каналам). Эти полосы могут быть отдель­ными проводами, например, соединение узлов четырьмя парал­лельными витыми парами. Другой вариант заключается в разделе­нии полос по частоте, как это делается с помощью технологии WDM по оптоволоконному кабелю.

Для наглядности, остановимся на конкретном примере многопо­лосной структуры физического подуровня PMA (Physical Medium Attachment, модуль доступа к физической среде). Создаваемые по­лосы называются виртуальными полосами. Если количество полос в электрическом или оптическом канале не совпадает, виртуальные полосы принимаются соответствующим количеством физических полос подуровня PMD (Physical Medium Dependent, зависимый от физической среды модуль). Это вид обратного мультиплексирова­ния.

На Рис. 5(a) показана схема виртуальных полос. Поток данных пользователя кодируется по системе 64B/66B, которая также приме­няется в 10-гигабитном Ethernet. Данные поступают в виртуальные полосы путем чередования 66-битных блоков (первое слово – пер­вая полоса, второе слово – вторая полоса и т. п.) В каждую вирту­альную полосу периодически добавляется уникальный «выравнива­ющий» 66-битный блок. Эти блоки используются для выявления и упорядочивания виртуальных полос и восстановления общего пото­ка данных.

Затем виртуальные полосы передаются по физическим полосам. Если физических полос меньше, чем виртуальных, используется мультиплексирование на уровне битов. Количество виртуальных по­лос должно быть кратно (1 или более) количеству физически полос.

На Рис. 5(b) показан формат выравнивающих блоков. Блок состо­ит из восьми однобайтовых ячеек, перед которыми идет двухбитное поле синхронизации со значением 10. Ячейки Кадр содержат после­довательность кадров, присущую всем виртуальным полосам и ис­пользуемую получателем для выстраивания блоков. Поля VL# со­держат информацию об уникальных характеристиках виртуальных полос: одна ячейка содержит двоичный код, обратный содержанию второй ячейки.

25-гигабитный и 50-гигабитный Ethernet

Одним из вариантов внедрения 100-гигабитного Ethernet является создание четырех 25-гигабитных полос. Таким образом, разработка стандартов 25-гигабитного и 50-гигабитного Ethernet на основе од­ной или двух полос не представляет особой трудности. Наличие двух альтернативных решений, основанных на технологии 100-гигабит­ного Ethernet, позволило бы пользователям более гибко реагировать на текущие и будущие запросы, поскольку такое решение позволяет без особых усилий повысить пропускную способность.

Такие рассуждения привели к образованию консорциума 25-ги­габитного Ethernet силами ведущих провайдеров облачных услуг, включая Google и Microsoft. Цель этого консорциума заключается в поддержке совместимости в рамках отраслевого стандарта Ethernet для повышения производительности и снижения издержек в расче­те на Гбит/с соединения между сетевой картой сервера и ToR ком­мутатора. Принятая консорциумом спецификация предусматривает однополосный 25-гигабитный Ethernet протокол и двухполосный 50-гигабитный Ethernet протокол. Пропускная способность этих ре­шений превышает мощность физических полос по твинаксиальному медному кабелю от стойки до коммутатора до 2,5 раз по сравнению с 10-гигабитным и 40-гигабитным Ethernet. В настоящее время в рамках комитета IEEE 802.3 ведется разработка необходимых стан­дартов для 25-гигабитного Ethernet, которые также могут включать 50-гигабитный Ethernet.

Пока сложно сказать какой из этих вариантов (25, 40, 50 или 100 Гбит/с) завоюет рынок. В среднесрочной перспективе, скорее всего, 100-гигабитные коммутаторы будут преимущественно востре­бованы на крупных объектах, тогда как возможность использовать менее дорогие и не такие быстрые альтернативы дает компаниям различные варианты по наращиванию пропускной способности по мере роста спроса.

400-гигабитный Ethernet

Со временем запросы увеличиваются. Комитет IEEE 802.3 в насто­ящее время изучает возможность создания 400-гигабитного стан­дарта Ethernet. Пока о каких-либо конкретных сроках не сообща­лось. А если заглянуть еще дальше в будущее, мало кто спорит с тем, что когда-нибудь будет и стандарт для терабитного Ethernet (один терабит – триллион бит в секунду).

2,5-гигабитный и 5-гигабитный Ethernet

В силу универсальности и вездесущности Ethernet, а также по мере разработки стандартов для все более высоких скоростей, появилось предложение о стандартизации 2,5-гигабитного и 5-гигабитного варианта Ethernet. Это предложение пользуется всеобщей поддерж­кой. Эти стандарты имеют сравнительно небольшую скорость. Их называют Multirate Gigabit BASE-T (MGBASE-T). В настоящее вре­мя Альянс MGBASE-T занимается координацией разработки стан­дартов без участия IEEE. Не исключено, что в конечном счете ко­митет IEEE 802.3 подготовит стандарты, в основу которых ляжет проделанная в отрасли работа.

Эти два варианта в первую очередь предназначены для достав­ки беспроводного трафика IEEE 802.11ac в проводные сети. IEEE 802.11ac – это 3,2-гигабитный стандарт для Wi-Fi, который пользу­ется все большей популярностью там, где требуются скорости выше 1 Гбит/с. Например, речь может идти о беспроводной связи в офисном пространстве. Новый беспроводной стандарт предоставляет больше возможностей по сравнению с гигабитным Ethernet, при этом не тре­буя перехода на 10-гигабитный Ethernet, что на ступень выше. Если бы 2,5-гигабитный и 5-гигабитный Ethernet мог работать на кабеле для гигабитного Ethernet, такой стандарт обеспечил бы повышение скорости для точек доступа, поддерживающих беспроводные сети 802.11ac с высокой пропускной способностью.

Залог популярности технологии Ethernet кроется в наличии недорогих, надежных и совместимых сетевых решений от целого ряда поставщиков. Различные виды связи сливаются в одно целое, разрастаются огромные серверные фермы, растет использование IP-телефонии, IP-телевидения и приложений Web 2.0. Все это делает потребность в повышении скорости коммутаторов Ethernet еще более насущной.

Заключение

Ethernet является широко распространенной и доминирующей технологией для проводных локальных сетей. Преимуществен­но используется в корпоративных ЛВС, для обеспечения ШПД, в ЦОДах, а также для связи между сетями MAN и даже WAN. Кро­ме того, в настоящее время Ethernet является основным средством подсоединения таких беспроводных технологий как Wi-Fi и WiMAX к сетям Ethernet. Рынок решений на основе Ethernet достиг доста­точных размеров для того, чтоб ускорить увеличение скоростей для конкретных видов использования. Например, речь идет о 25-гиги­битном и 50-гигабитном Ethernet для ЦОДов и о 2,5-гигабитном и 5-гигабитном Ethernet для обеспечения работы беспроводных се­тей. Доступность широкого спектра стандартизированных Ethernet решений позволяет операторам сетей предлагать индивидуальные решения, позволяющие оптимизировать деятельность, снизить рас­ходы и потребление энергии.

Залог популярности технологии Ethernet кроется в наличии недо­рогих, надежных и совместимых сетевых решений от целого ряда поставщиков. Различные виды связи сливаются в одно целое, раз­растаются огромные серверные фермы, растет использование IP-те­лефонии, IP-телевидения и приложений Web 2.0. Все это делает по­требность в повышении скорости коммутаторов Ethernet еще более насущной.

Успешность гигабитного и 10-гигабитного Ethernet подтверждает важность выбора технологий, связанных с управлением сети. 40-ги­габитный и 100-гигабитный Ethernet совместимы с существующими ЛВС, программным обеспечением по управлению сетью и прило­жениями. Именно совместимостью объясняется долголетие техно­логии, которая появилась 30 лет назад и остается востребованной в современном быстроменяющемся мире.

Если на рынке коммутаторов Ethernet и происходит что-то интересное, то это касается преимущественно (или исключительно) решений для центров обработки данных. Переход на более высокие скорости, изменения в архитектуре сети, программируемые сети и коммутаторы без ОС - все эти технологические и технические новшества оказываются востребованы прежде всего в ЦОДе, а до офисных сетей порой и вовсе не добираются. Тем не менее с появлением беспроводных точек доступа 802.11ac возникла необходимость в поддержке скоростей свыше 1 Гбит/с в обычных офисных сетях, а с ней - и потребность в новых, специфичных только для этой ниши скоростях 2,5 и 5 Гбит/с.

10G В ОФИСЕ: И ДАРОМ НЕ НАДО?

Если в облачных центрах обработки данных наряду с 10 Gibabit Ethernet главным драйвером роста спроса на коммутаторы становится потребность в поддержке 40 Gigabit Ethernet, то в корпоративных сетях по-прежнему основное количество подключений приходится на гигабитные соединения (см. рис. 1). Что говорить об обычных офисах, если даже в корпоративных ЦОДах, по данным Broadcom, доля гигабитных портов в серверах и коммутаторах в стойках (ToR) составляет 60%, несмотря на то что оборудование 10GbE доступно на рынке уже 10 лет. В чем же причина?

Если исходить из соотношения цена/производительность, то оборудование 10 Gigabit Ethernet окажется дешевле - условный 1 Гбит/с пропускной способности обойдется в меньшую сумму. Однако если уж в серверах большинство портов гигабитные, то для рабочих станций, а тем более для ПК, столь высокие скорости, как 10 Гбит/с, попросту не нужны. Для многих конечных точек вполне достаточно 100 Мбит/с, и тем не менее они оснащаются платами на 1 Гбит/с. В немалой степени массовому переходу на Gigabit Ethernet способствовал тот факт, что для поддержки таких скоростей не надо было менять уже проложенную проводку - а это не только весьма значительная статья расходов, но и определенные неудобства.

Коммутаторы с портами 10GBase-T для сегмента малых и средних предприятий имеются у целого ряда производителей. Так, например, Netgear предлагает соответствующее оборудование еще с 2013 года, но позиционирует его в первую очередь для подключения серверов и сетевых систем хранения (NAS), а не рабочих станций и персональных компьютеров. «В нашей продуктовой линейке уже сейчас много продуктов с поддержкой скорости передачи данных выше 1 Гбит/с, - отмечает Яков Юницкий, директор по операциям в компании «Тайле». - Их основное предназначение - создание решений для магистральных каналов Ethernet, подключения систем хранения данных и высокопроизводительных серверов».

Между тем именно поддержка той или иной технологии в конечных устройствах способна обеспечить массовость рынка. Однако пока таких задач, где оказались бы востребованы скорости 10 Гбит/с на уровне пользователя, не просматривается. «Предпосылками к массовому переходу офисных сетей на такие скорости должны прежде всего стать приложения с высокими требованиями к пропускной способности, - продолжает Яков Юницкий. - Несмотря на то что многие компании давно перешли на IP-телефонию, используют оборудование для видеоконференций и IP-видеонаблюдения, до потолка производительности сетей 1 Гбит/с, а местами и 100 Mбит/c, еще далеко».

Как показал наш небольшой опрос, проведенный среди производителей и поставщиков оборудования, в сегменте SMB массового спроса на решения 10GbE не наблюдается и, более того, не ожидается. «Маловероятно, что в ближайшие пару лет произойдет повсеместный перевод офисных сетей на скорости доступа выше 1 Гбит/с», - полагает Андрей Ковязин, начальник отдела сетевых решений в «Компании КОМПЛИТ». Однако наличие подобного оборудования в линейке таких производителей, как D-Link (см. рис. 2), Netgear, ZyXEL и др., свидетельствует о том, что спрос на него есть - во всяком случае потенциальная ниша достаточно широ-ка, чтобы привлечь внимание этих вендоров.

«Мы ожидаем, что в 2015–2016 годах рост продаж сетевого оборудования с оптическими и медными портами 10G офисному сегменту и предприятиям малого и среднего бизнеса будет многократным, в том числе за счет появления в продуктовой линейке новых бюджетных серий», - отмечает Денис Давыдов, руководитель отдела проектов D-Link. В компании уверены, что дальнейшее увеличение объемов информации приведет к проникновению технологий 10G в сети любых размеров, в том числе принадлежащие предприятиям SMB, где активно внедряются решения и системы хранения данных и виртуализации, а также облачные технологии.

Согласно оценке Broadcom, в ближайшие три года можно ожидать широкого внедрения серверов и коммутаторов с поддержкой 10GbE в корпоративных сетях, и в результате к 2018 году доля соответствующего оборудования увеличится с нынешних 35 до 63% (см. рис. 3).

10G МНОГО, 1G МАЛО

Дорогостоящие проводка, соединители и микросхемы ограничивают применение 10GbE приложениями с высокими требованиями к ресурсам - такими, например, как мощные виртуализированные серверы с множеством ВМ. Однако в офисных сетях есть задачи, где скорости 1 Гбит/с оказывается уже недостаточно, а 10 Гбит/с пока слишком много. Это подключение к проводной сети беспроводных точек доступа стандарта 802.11ас Wave 2.

Если собственные серверы виртуализации нужны далеко не каждому малому предприятию, к тому же соответствующие ресурсы можно взять из облака, то отсутствие беспроводного доступа для клиентов способно негативно повлиять на конкурентоспособность предприятия из сферы обслуживания, да и точка доступа должна физически находиться в офисе. Как показал опрос Bredin представителей малого бизнеса (число сотрудников от 1 до 10 человек), посетители предпочитают бесплатный Wi-Fi чаю и кофе с конфетами. В отчете отмечается, что если Wi-Fi плохого качества или отсутствует, то восприятие клиентом компании становится отрицательным. Для удовлетворения таких потребностей обычно вполне достаточно точки доступа 802.11n или даже более ранних стандартов, однако более крупным предприятиям и помещениям, где посетителей всегда много, возможностей 802.11n не всегда хватает. Кроме того, для поддержки следующего беспроводного стандарта IEEE 802.3ad в диапазоне 60 ГГц потребуется подключение со скоростью 5 Гбит/с (для TCP).

Появившиеся на рынке ТД 802.11ac Wave 2 пока поддерживают не более четырех пространственных потоков, поэтому для их подключения вполне достаточно двух линий по 1 Гбит/с. Так, например, точка доступа ZoneFlex R710 Wave 2 AP разработки Ruckus Wireless оснащена двумя гигабитными портами, то есть с переходом на более скоростные подключения можно повременить. Однако с появлением ТД, способных поддерживать восемь пространственных потоков, 2х1 Гбит/с может оказаться недостаточно. Для таких ТД потребуется либо подводить дополнительные кабели, либо переходить на 10GbE и, соответственно, на проводку Категории 6А. Чтобы этого избежать, IEEE спешно разрабатывает стандарты Ethernet на 2,5 и 5 Гбит/с. «Их преимущество проявляется в работе по широко распространенным существующим СКС Категорий 5e и 6 на скорости до 5 Гбит/с, что избавляет от необходимости полностью переделывать кабельную систему для беспроводного доступа нового поколения» - отмечает Андрей Ковязин.

Разработкой соответствующих технологий и оборудования занимаются два альянса: NBase-T и MGBase-T (см. подробнее статью автора «Замедление Ethernet» в февральском номере «Журнала сетевых решений/LAN» за 2015 год). Потенциально наличие двух конкурирующих сторон могло затормозить принятие стандарта, как это случилось с 802.11n, на одобрение которого ушло семь лет. Однако, к счастью, на последнем заседании рабочей группы IEEE, собиравшейся в мае текущего года, удалось достигнуть общего согласия по базовой технологии для Ethernet на 2,5 и 5 Гбит/с. Как отметил Дэвид Чалупски, председатель рабочей группы IEEE P802.3bz, «достижение консенсуса позволило немедленно перейти к следующей фазе проекта - составлению чернового варианта спецификации».

Таким образом, было сэкономлено несколько месяцев. Однако работа над стандартом далека от завершения - его подготовка займет еще полтора-два года. К тому времени должно получить широкое распространение беспроводное оборудование 802.11ac Wave 2. Как предполагается, скорость 2,5 Гбит/с будет поддерживаться кабельной проводкой Категории 5е, а 5 Гбит/с - Категории 6. Между тем на рынке уже появляются коммутаторы с поддержкой мультигигабитных скоростей. В первом полугодии этого года соответствующие модули для своих коммутаторов выпустили HP и Cisco. Впрочем, та же Cisco свои точки доступа пока предпочитает оснащать не мультигигабитными портами, а двумя обычными Gigabit Ethernet (см. рис. 4).

Как надеются аналитики, появление новых скоростей Ethernet послужит толчком к модернизации офисных сетей. «Для кампусных коммутаторов настало время модернизации, - считают в Dell’Oro. - Доступность точек доступа 802.11ac Wave 2 корпоративного класса порождает спрос на коммутаторы нового типа». Многогигабитные коммутаторы стоят дороже, чем традиционные с портами 1 Гбит/с, однако они позволяют использовать уже проложенную проводку, что является существенным аргументом в их пользу. «Первые поставки портов 2.5/5.0 GbE стартовали в начале июня, - сообщает Крис Де Пьюи, вице-президент Dell’Oro Group по выпуску оборудования для корпоративного сегмента. - В третьем квартале, с появлением новых предложений, мы ожидаем значительного роста продаж. Уже сейчас можно говорить о формировании совершенно нового сегмента рынка Ethernet». По прогнозам Dell’Oro, уже за первый год будет продано свыше миллиона мультигигабитных портов.

КАКАЯ ПРОВОДКА НУЖНА?

Какой должна быть кабельная инфраструктура для поддержки беспроводного доступа? Требования к такой проводке изложены в TIA TSB-162, где рекомендуется инсталляция кабельной системы Категории 6А или многомодовой оптики с волокнами OM3 (см. подробнее статью Степана Большакова и Романа Китаева «Инфраструктурное обеспечение беспроводных решений нового поколения» в апрельском номере «Журнала сетевых решений/LAN» за 2015 год). Однако эти рекомендации составлялись, когда 2,5- и 5-гигабитного Ethernet не было даже в проекте. Впрочем, для новых инсталляций они остаются справедливы и сейчас, позволяя не беспокоиться о необходимости модернизации долгие годы: те, кто 20 лет назад не поскупился на установку только что появившихся систем Категории 5е, могут по-прежнему пользоваться своей проводкой, если только не исчерпался ее физический ресурс. До морального же устаревания пока далеко, к тому же теперь такая проводка способна поддерживать не только гигабитные, но и 2,5-гигабитные скорости.

Ожидаемое появление стандарта на 2,5 и 5 Гбит/с дало долгожданное приложение для кабельных систем Категории 6: если раньше, по сути, единственным аргументом в пользу ее установки был запас по характеристикам, то теперь он наконец-то пригодился - таким приложением может стать 5GBase-T. «О возросших требованиях рынка к поддерживаемым скоростям и пропускной способности мы, как поставщик кабельных решений, можем судить на основании увеличенного спроса на компоненты и системы СКС различных категорий, - говорит Дарюш Заенц, директор представительства RiT Technologies в России. - Объемы продаж компонентов Категории 6 значительно увеличились по сравнению с продажами компонентов Категории 5е».

Ответить на вопрос о выборе проводки достаточно непросто. Усилия IEEE направлены на то, чтобы подключение высокоскоростных точек доступа осуществлялось на базе уже проложенной проводки. Однако до сих пор неясно, будет ли обеспечена поддержка 5 Гбит/с по Категории 5е (а на нее все еще приходится большинство инсталлированных кабельных систем - см. рис. 5). Судя по последней информации из IEEE, рабочая группа все же решила ограничиться 2,5 Гбит/с. Вместе с тем Cisco, например, заявляет о поддержке 5 Гбит/с по проводке Категории 5е на расстоянии до 100 м.

Скорости 2,5 Гбит/с в принципе достаточно для подключения уже появившихся на рынке продуктов 802.11ac Wave 2 с поддержкой до четырех пространственных потоков. Если же заказчик хочет в перспективе использовать точки доступа с поддержкой восьми пространственных потоков, то ему придется либо переходить на Категорию 6 (если у него установлена Категория 5е), либо надеяться на нестандартное оборудование (в случае отсутствия спецификаций на 5Base-T для Категории 5е). (Строго говоря, не исключается и третий вариант - объединение двух соединений по 2,5 Гбит/с, при условии поддержки этой возможности оборудованием.)

Пропускной способности 5 Гбит/с, то есть Категории 6 в худшем случае, будет вполне достаточно для любого оборудования 802.11ac. Теоретическая максимальная пропускная способность для этого стандарта составляет 6,9 Гбит/с, но речь идет о скорости передачи битов на физическом уровне. Пропускная же способность на MAC-уровне существенно меньше - 4,49 Гбит/с (см. таблицу). Эффективность проводного Ethernet намного лучше, чем беспроводного, - например, для 10GbE при передаче кадров размером 1518 она составляет приблизительно 94% (для пользовательских данных). Иначе говоря, беспроводной поток 6,9 Гбит/с поместится в проводной канал 5 Гбит/с.

Хотя 40 и 100 Gigabit Ethernet уже достигнутый уровень технологии, он на два порядка опережает текущий массовый спрос. Притом, что 10 Gigabit Ethernet доступен уже в течение пяти лет, большинство сетевых инженеров все еще считают его потенциальной возможностью для своих сетей. И как всякая потенциальная возможность, 10 Gigabit Ethernet скрывается за мифами, стоящими на пути ее воплощения.

Миф 1. Внедрение 10 Gigabit Ethernet слишком дорого.

Реальность: цена порта 10 Gigabit Ethernet, естественно, дороже, чем Gigabit Ethernet, однако ценовой разрыв сокращается. Решение с одним каналом 10 Gigabit Ethernet дешевле решения с 10 каналами Gigabit Ethernet.

По опыту компании «Эколан Тек» создание линии 10 Gigabit Ethernet категории 6А обходится Заказчику в 1,8 – 2,5 раза дороже линии Gigabit Ethernet категории 5е. Разница в цене оборудования еще меньше. При условии перехода на 10 Gigabit Ethernet в магистральной подсистеме два дополнительных 10 Gbit модуля увеличивают стоимость двух 24-портовых коммутаторов всего на 30%. Таким образом, полная стоимость решения магистрального канала, включая СКС и сетевое оборудование, возрастает всего в 1,5 - 2 раза. Принимая во внимание небольшую долю магистральных линий по сравнению с горизонтальными, разница в цене СКС с гигабитными и 10 гигабитными магистральными каналами оказывается несущественной в сравнении с общими инвестициями в создание системы.

Где возможно применение:

• при создании новых и модернизации действующих сетей увеличение пропускной способности магистральной подсистемы целесообразно осуществлять не увеличением числа линий категории 5е, а переходом на линии 10 Gigabit Ethernet категории 6А и выше.
• в центрах обработки данных (ЦОД), где требуется учитывать энергозатраты, в том числе, на охлаждение, ограничения пространства, заполнение панелей и шкафов, решение 10 GbitE может быть наиболее эффективным по цене.

Миф 2. 10 Gigabit Ethernet работает только на оптоволоконных каналах и оборудовании.

Реальность:

• при выборе среды передачи для 10 GbitE существует несколько альтернатив. В локальных сетях оптоволоконные линии преимущественно используют для передачи данных на расстояния, превышающие 100 метров. Для меньших расстояний и соединений серверов можно использовать электропроводные кабели типа витая пара с интерфейсами RJ-45.
• для ЦОД оптоволоконные линии являются приоритетным выбором, однако для оптимизации начальных инвестиций можно использовать более дешевое решение на основе витых пар. Более того, производители серверов и сетевых устройств готовят решения, позволяющие создавать сети с использование слаботочных кабелей с интерфейсами RJ-45 с длиной каналов, превышающей 100 метров.

Где возможно применение:

• в большинстве СКС длина магистральных линий здания не превышает 100 метров. Как правило, для этих линий заказчики выбирают системы категории 5е или 6 с пределом скорости Gigabit Ethernet. Выбор категории 6А и выше обеспечит переход на 10 Gigabit Ethernet.
• создание Центров обработки данных требует больших трудовых и финансовых затрат как для инвестиций, так и в процессе эксплуатации, поэтому менеджеры Центров выбирают среду передачи с учетом долгосрочных и краткосрочных перспектив. В краткосрочной перспективе разнотипные кабели и разъемы могут обеспечить экономию инвестиций, в долгосрочной – решение на оптоволокне обеспечивает защиту инвестиций при очередной модернизации сети.

Миф 3. Для перехода на 10 Gigabit Ethernet требуется полностью заменить или модернизировать существующее оборудование.

Реальность: модульные коммутаторы Gigabit Ethernet способны работать с модулями 10 GbE.

Где возможно применение: потребности в увеличении скорости передачи данных могут быстро выйти за пределы Центров обработки данных. Несколько точек доступа, потоковое видео высокого разрешения, доступ к архивам и другие приложения могут создать трафик свыше 1 Гбит/с и потребовать создания линий и каналов 10 Gigabit Ethernet.

Миф 4. 10 Gigabit Ethernet требуется только для создания ЦОД с параллельной коммутацией.

Реальность: многие изготовители сетевого оборудования предлагают параллельно работающие коммутаторы с портами как Gigabit Ethernet, так и 10 Gigabit Ethernet. Коммутаторы с портами Gigabit Ethernet, соединенные по принципу «каждый с каждым» обеспечивают выигрыш в скорости передачи данных и уменьшении задержек при подключении серверов, не имеющих 10 GbE сетевых карт.

Где возможно применение: в то время как ЦОД с параллельной коммутацией повышают эффективность использования гигабитных каналов, для работы виртуальных ЦОД потребуется внедрение данной технологии с каналами 10 Gigabit Ethernet. Эффект создания нескольких виртуальных серверов на одном работающем устройстве увеличивает нагрузку в сети на каждом из сетевых портов. Без достаточной полосы пропускания сеть может стать слабым звеном высокооптимизированного ЦОД.

Миф 5. Единственное применение 10 Gigabit Ethernet – это проекты объединения сетей и хранилищ данных.

Реальность: еще до прихода технологий виртуальных серверов и ЦОД с параллельной коммутацией многие производители оборудования начали продвигать идею конвергенции сетей. Для получения информации из баз данных по сети Интернет с помощью протоколов Fibre Channel over Ethernet (FCoE) или iSCSI требуются каналы 10 Gigabit Ethernet.

ISCSI (англ. Internet Small Computer System Interface) - протокол, который базируется на TCP/IP и разработан для установления взаимодействия и управления системами хранения данных, серверами и клиентами.

Где возможно применение: конвергенция сетей – это одна из потребностей перехода на технологии 10 Gigabit Ethernet. Виртуализация является другой, но не последней.

Миф 6. Зачем внедрять 10 Gigabit Ethernet, если существуют технологии и оборудование 40 и 100 Gigabit Ethernet?

Реальность: коммутаторы 40 и 100 Gigabit Ethernet только начали появляться на рынке. Однако многие из этих продуктов являются частными решениями или базируются на проектах стандартов. Хотя производители уверяют, что обеспечат модернизацию и поддержку своих изделий в будущем, такая поддержка касается только их собственных изделий. Кроме того, цена за порт 40 и 100 Gigabit Ethernet останется чрезвычайно высокой пока технология не будет массово востребована.

Где возможно применение: ИТ-специалисты должны постоянно соотносить цену новейших разработок с преимуществами их внедрения. Самые мощные ЦОД могут потребовать производительность, обеспечиваемую технологиями 40 и 100 Gigabit Ethernet, однако большинство заказчиков будут ожидать, как и в случае с 10 Gigabit Ethernet несколько лет назад, пока не снизятся ценовые барьеры и не будут доработаны стандарты.

По материалам сайта SearchNetworking.com

• Лучший способ организовать Data Science в компании После того, как мир взорвался потоком больших данных, компании по всему миру начали исследования последствий этого «большого взрыва». Наука о данных, призванная обеспечить бизнес не просто информацией, но знаниями, дошла и до России. С одной стороны, местные корпорации начинают строить свои собственные дата-центры, желая получить самые новые технологии по самой низкой цене. С другой стороны, игроки разных сфер рынка открывают собственные отделы, занимающиеся Data Science. Данные становятся одним из главных активов для бизнеса, а профессия специалиста по исследованию данных – особо привлекательной и высокооплачиваемой.
• Единое решение для всех систем: как обеспечивают безопасность лидеры рынка Одним из ключевых факторов обеспечения безопасности компаний становится управление устройствами интернета вещей и ОТ-сетями, для которых не подходят традиционные решения. Риски недостаточного уровня осведомленности (нехватку «воспитания») сотрудников и действия киберпреступников можно компенсировать комплексом действий и мер, которые повысят общий уровень защищенности предприятий вкупе с улучшением ситуации с защитой данных внутри и вне инфраструктуры.
• За периметром: как собственные сотрудники ставят под угрозу безопасность компаний По прогнозам в ближайшие годы наиболее значительными трендами, которые окажут влияние на ИТ-индустрию, станут: достижения в сфере искусственного интеллекта и машинного обучения, продолжающееся внедрение облачных вычислений, разработки в области умных устройств, домов и заводов, а также предстоящее развертывание сетей стандарта 5G. И как указывают ИБ-эксперты, эти технологические изменения затронут вопросы информационной безопасности уже в 2019 г. Однако, несмотря на появление новых технологий и эволюцию уже существующих, собственные сотрудники компаний все еще остаются самым слабым участком в периметре ИТ-защиты организаций. По статистике, ключевыми способами проникновения злоумышленников в инфраструктуру предприятий являются фишинг и социальная инженерия.
• Как сэкономить 2 миллиона долларов на капитальных затратах В ходе строительства СХД приходится решать множество разнообразных задач: как перенести данные в резервный ЦОД, не прерывая основной работы ни на секунду; объединить в единое целое множество совершенно различных бэкап-систем; выбрать хранилище, затраты на масштабирование которого будут минимальными и т.д. Все эти задачи можно решить благодаря использованию продуктов NetApp.
• Почему частные облака не прижились в бизнесе Уходя от приватных облаков, мировые компании все чаще приходят к мультиоблачной стратегии. Эксперты объясняют это потребностью в быстрой цифровизации, а сами предприятия готовы усиливать мультиоблачные модели в ближайшие годы.