В рубрику "" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Основные технические характеристики
А.М. Горнак
Технический директор ООО "Новые Системы Телеком"
Классификация
Существует несколько подходов к классификации корпоративных коммутаторов Ethernet на основании различных критериев.
Целевая область применения
Различаются коммутаторы опорной сети и центров обработки данных, коммутаторы этажа/здания, коммутаторы рабочих групп. Классификация по области применения достаточно условна и показывает, как производитель оборудования позиционирует то или иное устройство в рамках выпускаемого им семейства продуктов. В реальных сетях одна и та же модель устройства может применяться в качестве магистрального коммутатора в одной сети или на уровне рабочих групп в другой.
Аппаратный форм-фактор
По этому критерию коммутаторы можно разделить на фиксированные и модульные. Фиксированные коммутаторы выполнены в виде автономного устройства с заданным количеством портов, которое не изменяется в рамках этого устройства (возможно изменение только типов интерфейсов на портах, поддерживающих встраиваемые модули GBIC или SFP).
Некоторые модели фиксированных коммутаторов снабжены опцией "сте-кирования", то есть соединением нескольких коммутаторов скоростной общей шиной при помощи специальных портов, линий Gigabit Ethernet или при помощи группировки нескольких портов в один канал с целью повышения производительности стекирован-ной системы коммутаторов связи и возможности управления, мониторинга и диагностики этим стеком как единым виртуальным аппаратным комплексом. Фиксированные коммутаторы оптимизированы по стоимости, но ограничены по плотности портов.
Модульные коммутаторы реализованы в виде шасси с посадочными местами для интерфейсных и служебных модулей. Модульные решения обеспечивают гибкость применения, высокую плотность портов и уровень доступности, которые недостижимы в фиксированных коммутаторах. Крупные компании используют модульные коммутаторы во всех областях своих корпоративных сетей (вплоть до уровня коммутаторов рабочих групп). Наличие в модульных коммутаторах функций гибкости, плотности и надежности отражается на увеличении цены. Модульные решения обычно дороже аналогичных фиксированных систем.
Способ продвижения данных
Возможность коммутации данных на основе адресной информации сетевого уровня отличает коммутаторы 3-го уровня от коммутаторов 2-го уровня.
Коммутаторы 3-го уровня гораздо более сложные устройства с точки зрения как аппаратной, так и программной реализации. Помимо поддержки различных протоколов маршрутизации эти устройства наделены, как правило, еще рядом функциональных возможностей по многоуровневой обработке трафика.
Применение коммутаторов 3-го уровня на различных участках сети может быть необходимо по следующим причинам:
Интерфейсы
В таблице приведены обозначения и характеристики наиболее популярных Ethernet-интерфейсов современных коммутаторов.
"Медные" Ethernet-интерфейсы коммутаторов (которые являются самыми распространенными в корпоративных сетях), как правило, поддерживают несколько скоростей передачи данных, для достижения наилучшего соединения между двумя устройствами используется автоопределение скорости и ду-плексности. Если автоопределение не срабатывает, скорость подстраивается под партнера и включается режим полудуплексной передачи. Например, наличие в устройстве порта Ethernet 10/100 говорит о том, что через него можно работать по технологиям 10 Base-T и 100Base-TX, а порт Ethernet 10/100/1000 - поддерживает стандарты 10Base-T, 100Base-TX и 1000Base-T.
Для обеспечения большей гибкости многие коммутаторы имеют порты для установки в них сменных модулей. Это GBIC (Gigabit Interface Converter) и SFP (Small Form Pluggable) модули - приемопередатчики, которые, конвертируя электрический сигнал, позволяют реализовать на порту необходимый пользователю интерфейс Gigabit Ethernet. Некоторые производители выпускают SFP- и GBIC-модули с приемопередатчиками для CWDM-приложений. Аналогичные модули для интерфейсов 10 Гбит/с называются XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable). XFP реализуют оптические интерфейсы на 1310 или 1550 нм.
Производительность
Объем трафика
Наиболее важными параметрами производительности коммутатора являются количественные значения объема трафика, который он способен коммутировать или маршрутизировать. Есть два подхода для определения того, при какой нагрузке коммутатор перестает справляться с поступающим на его порты трафиком (становится "узким местом" в сети).
Первый подход - определение количества кадров в секунду, которые коммутатор способен коммутировать/маршрутизировать (измеряется в мегапакетах в секунду), второй -объем данных, которые устройство способно переместить между своими портами в единицу времени, или пропускная способность (обычно измеряется в Гбит/с).
В случае принятия коммутатором решений о продвижении пакетов данных наибольшей нагрузке соответствует ситуация, когда на каждый порт приходится максимально возможная интенсивность потока кадров. Это обычно результат кадров минимальной длины (64 байта) с минимальным межкадровым интервалом.
Напротив, при тестировании пропускной способности максимальный объем данных, приходящих на порты коммутатора, достигается при максимально возможных длинах кадров.
Считается, что коммутатор работает на скорости канала (wire speed) либо является неблокируемым, если выполнены два следующих критерия:
Задержка коммутации
Еще один параметр производительности - задержка коммутации - означает время, прошедшее с момента начала записи кадра в буфер входного порта коммутатора до появления на его выходном порту.
Для магистральных коммутаторов важными параметрами являются объемы поддерживаемых устройством таблиц MAC- и IP-маршрутов, количество поддерживаемых VLAN- и IP-интерфейсов.
Протоколы
Современный коммутатор - очень сложное устройство, в котором может быть реализована поддержка большого количества стандартов и протоколов, относящихся к технологиям Ethernet и IP. Дать даже их краткое описание невозможно в рамках настоящего обзора, поэтому отметим только небольшую часть стандартов из семейства IEEE 802, которые востребованы в корпоративных сетях.
802.1Q
Определяет механизмы, позволяющие реализовать множество логически независимых, изолированных коммутируемых сетей (виртуальных локальных сетей - VLAN) в рамках одной и той же физической LAN.
Стандарт описывает формат тега Ethernet-кадра для идентификации данных различных виртуальных сетей на разделяемых портах коммутатора, а также протокол GVRP для автоматической регистрации и конфигурации VLAN на коммутаторах.
В современных корпоративных сетях 802.1Q применяется не только для разделения групп пользователей и сегментирования сети, но и для разделения сервисов, например: VLAN 10 -данные, VLAN 20 - видео, VLAN 30 -VoIP.
802.1D
Стандарт описывает "протокол покрывающего дерева" (Spanning Tree Protocol, STP), который применяется в коммутируемой сети для обеспечения топологии активных связей, свободной от петель. Для этого некоторые связи между коммутаторами в сети блокируются для пользовательского трафика. В случае выхода из строя активных соединений в соответствии с алгоритмом STP создается новая топология, в которой заблокированные ранее связи могут стать активными. Таким образом, при надлежащем дизайне сети STP обеспечивает поддержку резервных связей в сети сложной топологии и возможность ее автоматического изменения без участия администратора.
Низкая масштабируемость и медленная сходимость алгоритма STP были улучшены в 802.1w, описывающем "быстрый протокол покрывающего дерева" (Rapid Spanning Tree, RSTP). В настоящее время 802. 1w является частью стандарта 802.1D.
802.1s
Для каждой VLAN в сети может быть определена своя топология. Для блокировки резервных связей и обеспечения топологии, свободной от петель, необходима реализация множества экземпляров STP для каждой VLAN. 802.1s описывает предназначенный для этих целей "протокол множественных покрывающих деревьев" (Multiple Spanning Tree, MSTP).
Данный стандарт включен в редакцию 2003 года стандарта 802.1Q.
802.3ad
Определяет способ объединения нескольких Ethernet-соединений между двумя устройствами в одну логическую группу для организации высокоскоростного канала. Данный подход позволяет не только увеличивать с заданным инкрементом скорость магистральных транков и скорость доступа к серверным платформам, но и обеспечивает повышенную устойчивость к отказам таких агрегированных связей (в случае отказа одного из соединений трафик будет автоматически перераспределен между оставшимися).
802.3af
Этот стандарт описывает подачу электропитания совместно с данными по стандартному кабелю витая пара в Ethernet-сети. Питание по кабелю Ethernet позволяет работать удаленным устройствам (IP-телефоны, Web-камеры, точки беспроводного доступа) без подводки отдельных линий электропитания. Электропитание может быть реализовано для 10Base-T, 100Base-TX и 1000Base-T, напряжение 48 В (DC), максимальная мощность 16,8 Вт.
802.1X
Стандарт для контроля доступа к сети. Он обеспечивает аутентификацию устройств, подключаемых к LAN-портам (используя сервер аутентификации, например RADIUS), и блокирует доступ к ресурсам сети в случае неудачной аутентификации. С ростом беспроводных сетей и повышением внимания к вопросам безопасности в корпоративной среде поддержка 802. 1X становится важной характеристикой современных коммутаторов.
Качество обслуживания (QoS)
Для поддержки мультимедийных приложений на основе IP коммутаторы Ethernet должны предложить службе доставки трафика лучшие услуги, чем просто доставку "по мере возможностей" (best effort). Это реализуется путем классификации и маркировки трафика. Поддержка классов обслуживания (CoS) предполагает просто приоритетную обработку мар-кированого трафика. Требования качества обслуживания (QoS) включают в себя обеспечение таких параметров, как минимальная полоса, параметры задержки, джиттер пакетов, доля потерянных/сброшенных пакетов.
Кадры Ethernet маркируются, используя поле приоритета (3 бита) в теге VLAN. Стандарт IEEE 802.1p описывает области использования этих полей.
На уровне пакета IP для этих целей используется поле ToS (Type of Service) или, в случае реализации в сети архитектуры дифференцированных служб (DiffServ), поле DSCP (Differentiated Service CodePoint).
Значения этих полей задаются на границе сети либо приложениями, генерирующими трафик, который требует приоритетной обработки, либо
сетевыми устройствами на основе анализа различных параметров этого трафика (MAC- или IP- адреса источника/назначения, VLAN, TCP/UDP-портов). В процессе прохождения пакета через сеть приоритетная обработка обеспечивается уже не на основе
трудоемкого анализа каждого пакета,
а на основе значения полей
ToS/DSCP или 802.1p. Очень полез
ной может оказаться возможность перезаписывания этих полей, например,
при передаче пакетов через участок сети под другим административным
контролем и другой политикой приоритезации. Возможность установки
поля 802.1p в зависимости от значения поля
DSCP/ToS (и наоборот) может понадобиться, когда
трафик пересекает
сегмент сети, неподдерживающий
анализ заголовков
3-го уровня.
Приоритетная обработка реализуется через механизм очередей. Порты коммутатора имеют несколько исходящих (реже входящих) очередей, на которые отображается трафик в зависимости от значения маркированных полей. Используются различные механизмы устранения перегрузок (например, сброс низкоприоритетных пакетов, ограничение скорости на портах), а также алгоритмы обслуживания очередей, такие как "очередь строгих приоритетов" (Strict Priority Queues, SPQ) или различные варианты "справедливых взвешенных очередей" (Weighted Fair Queuing, WFQ). В методе SPQ очередь с более низким приоритетом будет обслуживаться, если более высокоприоритетные очереди пусты. Методы WFQ позволяют для каждой очереди выделять определенную часть полосы пропускания.
В корпоративных сетях наиболее популярным подходом обеспечения QoS является DiffServ в силу простоты реализации, хорошей масштабируемости и возможности обеспечения единой политики администрирования сети. В случае DiffServ пользовательский трафик разделяется на небольшое количество классов на основании данных заголовков 2-го, 3-го и 4-го уровней; количество данных, которые пользователи могут передать в сеть, лимитируется на границе сети. Правила обработки пакетов внутри сети основываются на значении поля DSCP и измерении трафика на соответствие заданному профилю полосы.
 |
 |
| Таблицы | |
Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #2, 2006
Посещений: 11522
Автор
| |||
В рубрику "" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
