10-гигабитные коммутаторы для малых и средних локальных сетей

В этом году, в конце мая, исполняется 40 лет технологии Ethernet, которая сегодня охватывает практически все аспекты нашей цифровой жизни. В персональных компьютерах эта технология появилась в 1982 г. в виде недорогих сетевых плат для кабельных сетей на витых парах, обеспечивающих скорость передачи данных 10 Мбит/с. Сегодня предел скорости обмена данными по сети Ethernet составляет 100 Гбит/с (GbE), а исследовательская группа IEEE 802.3 Ethernet Study Group находится на этапе окончательного утверждения стандарта 400 Гбит/с.

В настоящее время и малые локальные сети, и значительная часть крупных корпоративных сетей работают на скорости 1 Гбит/с, но прогноз компании LightCounting говорит об устойчивой тенденции перехода от серверных портов 1GbE на 10GbE (в 2011 г. на серверах насчитывалось не более 17% портов 10GbE, а в 2014 г. предполагается увеличение их доли до 59%). Обслуживать серверные порты 10GbE должны коммутаторы с соответствующей скоростью на входных (коммутируемых) портах.

Варианты 10GbE

После окончательной ратификации в середине 2002 г. стандарта IEEE 802.3ae вслед за серверными портами 10GbE постоянно увеличивается и объем продаж 10-гигабитных портов Ethernet на сетевых устройствах и прежде всего на коммутаторах, причем с не менее постоянным снижением стоимости в расчете на порт, которая вплотную приблизилась к критической отметке принятия решения – к сумме в 100 долл. за порт 10GbE на линейном коммутируемом входе. Понемногу за десять прошедших лет технология 10GbE спустилась из сегмента коммутаторов для операторов связи/поставщиков услуг сначала в сегмент модульных коммутаторов корпоративных сетей, затем – блочных коммутаторов масштаба предприятия и теперь вступает в сегмент малых локальных сетей.

Техническая реализация порта 10GbE может быть различной: от портов для медных кабелей UTP/STP (неэкранированные/экранированные витые пары) нового поколения (вплоть до повторного использования имеющейся кабельной инфраструктуры 1GbE) до твинаксиальных (двойных коаксиальных) медных проводников новой инфраструктуры или многомодовых волоконно-оптических линий (сравнительные характеристики различных версий 10GbE приведены в таблице).

Характеристики различных версий 10GbE

Вариант 10GbE	Достоинства	Недостатки	Кабель
10GBASE-SR (оптика SFP+)	3,2 Вт/порт Задержка < 1 мс Дальность 300 м (SR) или 10 км (LR)	Высоки затраты на приобретение и развертывание Нет совместимости с коммутаторами 1000BASE-T Нужны новые коммутаторы SFP+ Высокая стоимость техобслуживания	Многомодовое оптическое волокно
10GBASE-DAC (Direct Attach, медь SFP+)	2,9 Вт/порт Задержка < 1 пс	Дальность до 7 м Нет совместимости с коммутаторами 1000BASE-T Нужны новые коммутаторы SFP+ Возможен избыточный перезаказ по портам из-за ограниченной дальности	Твинаксиальный медный
10GBASE-CX4	2,25 Вт/порт	Дальность до 15 м Нет совместимости с коммутаторами 1000BASE-T Необходимы специальные коммутаторы/линейные платы 10GBASE-CX4 Большой размер разъема ограничивает плотность портов Большой диаметр кабеля затрудняет прокладку в имеющихся шкафах	Твинаксиальный медный
10GBASE-T	9,2 Вт/порт (<80 м) или 10,1 Вт/порт (>80 м) Задержка 2–4 пс Дальность 55 м (CAT6), или 100 м (CAT6a), или 100 м (CAT7) Обратная совместимость с 1000BASE-T Можно использовать имеющуюся СКС	Мощность больше, чем в оптических SFP+	Медный UTP/FTP

Аббревиатура SFP (Small Form factor Pluggable, съемный модуль малого формата) означает возможность подбора сменного модуля коммутатора под имеющуюся сеть, что особенно удобно для оптических сетей. В самом коммутаторе имеется стандартный 20-контактный электрический разъем (соединитель), в который вставляется модуль SFP нужного типа. В этом модуле находится преобразователь (обычно электрических сигналов в оптический) и приемопередатчик. Улучшенные модули SFP+ (Small Form factor Pluggable Plus) обеспечивают повышение скорости передачи до обсуждаемого нами уровня 10 Гбит/с. Если вместо подключения к стационарной сети используется специальный кабель для разъема SFP, то такой способ называется прямым подключением (Direct Attach). В этом случае обеспечивается более полное согласование интерфейсов, но соединительный шнур придется прокладывать дополнительно, вне структурированной кабельной сети (СКС), причем длина соединения обычно ограничена.

Для небольших и средних локальных сетей наиболее привлекателен вариант 10GBASE-T (официальное название IEEE 802.3an-2006) на обычных медных витых парах категории CAT6 и выше. Хотя следует отметить, что в сравнении с другими вариантами 10GbE здесь возрастает рассеиваемая мощность на порту, что ранее было основным препятствием для широкого распространения 10GbE в коммутаторах нижнего ценового диапазона.

Если говорить о рыночном соотношении различных версий 10GbE, то аналитическое подразделение компании Intel (Intel Market Forecast) ожидает широкого распространения 10GBASE-T и постепенного снижения доли оптики (см. рисунок). Метод Direct Attach будет востребован в IP-центрах обработки данных и высокопроизводительных вычислительных центрах.

Преимущества 10GBASE-T

Именно «медный» вариант 10GBASE-T обещает наибольшую гибкость, наименьшую стоимость среды передачи и обратную совместимость с имеющимися сетями 1GbE.

Как и все остальные разновидности BASE-T, спецификация 10GBASE-T позволяет работать на расстоянии до 100 м, что обеспечивает охват практически любого ЦОД и оставляет разработчикам возможность выбора для ЦОД любой из схем взаимного размещения серверов и коммутаторов, включая не только классическую архитектуру ToR (Top of Rack, коммутатор для стойки) с ограничением медной проводки внутри стойки, но и MoR (Middle of Row, в середине ряда) вместе с EoR (End of Row, в конце ряда), когда агрегирующие коммутаторы располагаются в определенном месте ряда стоек, вне стойки «своих» серверов.

Для кабельных систем нового поколения (категории 6A и выше) технология 10GBASE-T может использоваться в режиме пониженной мощности («зеленый» режим энергосбережения или режим ЦОД), когда дальность составляет менее 30 м. В некотором смысле 10GBASE-T повторяет историю 1000BASE-T: ведь первые гигабитные микросхемы характеризовались потреблением примерно 6,5 Вт/порт, но мощность снижалась с каждым новым поколением, и сегодня порт GbE имеет мощность менее 1 Вт. Аналогичный процесс наблюдается для спецификации 10GBASE-T, физический уровень которой четко следует эмпирическому закону Мура, результатом чего становится планомерное снижение мощности и стоимости. В 2008 г. первые адаптеры 10GBASE-T требовали 25 Вт/порт, затем потребляемая мощность сократилась до 10 Вт/порт, а в 2011 г. упала ниже 5 Вт на порт 10GBASE-T, что позволяет применять эту технологию не только в коммутаторах с высокой плотностью портов, но и на системных платах серверов.

Снижение потребляемой мощности сопровождается уменьшением стоимости: цена адаптеров 10GBASE-T первого поколения составляла примерно 1000 долл. за порт, сегодня двухпортовый адаптер 10GBASE-T третьего поколения стоит примерно 200–300 долл. за порт, а в новых коммутаторах Netgear этот показатель практически приблизился к отметке 100 долл. за порт.

Не менее важным фактором является обратная совместимость с 1000BASE-T, дающая возможность повторно использовать имеющуюся кабельную инфраструктуру 1GbE (CAT6, CAT6A и выше), что позволяет сократить затраты на миграцию с 1 Гбит/с на 10 Гбит/с.

В зависимости от размера пакета задержка в 1000BASE-T составляет от долей микросекунды до 12 мкс и выше. Для 10GBASE-T диапазон задержек составляет от 2 до 4 мкс. В общем случае для пакетов большого размера задержка 10GBASE-T более чем в 3 раза меньше задержки 1000BASE-T для пакетов одного размера и типа.

Классическое деление коммутаторов на управляемые (managed) и неуправляемые (unmanaged) даже в области малых локальных сетей (SMB) осталось далеко в прошлом. Новые SMB-коммутаторы относятся к категории интеллектуальных (Smart), поскольку они уже не являются устройствами типа plug-and-play, без возможности пользовательской настройки, а также сохранения и управления конфигурацией. Современные коммутаторы даже нижнего ценового диапазона имеют встроенный Web-сервер, обеспечивающий возможность настройки параметров продвинутым/полупрофессиональным пользователям (так называемым ProSumers, т.е. Pro Consumers). Интеллектуальные коммутаторы сохраняют возможность работы без настройки, но для их эффективного применения лучше воспользоваться графическим интерфейсом (режим настройки из командной строки CLI обычно поддерживается для профессиональных устройств более высокого ценового сегмента).

10GBASE-T в продукции сетевых вендоров

Технология 10GBASE-T присутствует сегодня практически во всех сегментах рынка профессионального сетевого оборудования:

• коммутаторах фиксированной конфигурации (fixed switch или box switch), включая 40-, 32- и 24-портовые;
• модульных коммутаторах на основе шасси, включая карты со средней плотностью портов (от 8 до 16 портов на съемный модуль) и с высокой плотностью портов (более 16 портов на съемный модуль);
• сетевых интерфейсных картах (NIC) или сетевых модулях для системных плат LOM (LAN on motherboard), включая модули коммутаторов для плоских стоечных серверов (blade server); а также одно- и двухпортовые платы 10GBASE-T NIC;
• устройствах iSCSI в массивах хранения данных с портами 10GBASE-T.

В результате технология 10GBASE-T, естественно, используется большинством поставщиков сетевого оборудования, но ее поддержка именно на входных коммутируемых портах, а не только на портах стекирования или агрегации трафика, весьма сильно различается у основных изготовителей сетевых коммутаторов.

Alcatel-Lucent. Компания предлагает в нижнем ценовом сегменте семейство коммутаторов OmniSwitch, предназначенных для «установки на границе конвергированных корпоративных сетей среднего и большого размера, для использования на уровне агрегации и для построения ядра малых корпоративных сетей». Порты 10GbE появляются в семействе OmniSwitch на уровне модели OmniSwitch 6850E в качестве опциональных интерфейсов стекирования и восходящего канала. Но полный переход на 10GbE обеспечен только в верхней модели OmniSwitch 6900, позволяющей иметь до 64 портов 10GbE в корпусе форм-фактора 1U (RU). Допустима замена на максимум шесть портов 40 GbE для портов восходящей связи (uplink port). Однако модель OmniSwitch 6900 относится к категории «тяжелого» (и дорогого) оборудования с производительностью матрицы коммутации до 1,28 Тбит/с и только с оптическими несъемными портами Fixed SFP+.

Allied Telesis. В разделе решений для малого и среднего бизнеса компания не предлагает ничего для скорости 10 Гбит/с, а в разделе коммутаторов 1GbE/10GbE скорость 10 Гбит/с появляется только в линейной плате модульного шасси SwitchBlade 4000 и только в виде розетки для съемного оптического модуля XFP.

Arista Networks. Специализация компании на оборудовании коммутации для ЦОД привела к выпуску недорогих многопортовых блочных (автономных) коммутаторов 10GBASE-T с портами RJ45, обеспечивающих, по заявлению компании, «10-гигабитный Ethernet по цене гигабитного». Это 32 порта 10GBASE-T в 36-портовой модели Arista 7050T-36 или 48 портов в 52-портовой модели Arista 7050T-52. В диапазоне малопортовых коммутаторов 10GBASE-T/RJ45 продукция Arista не представлена.

Avaya (вместе с Nortel). В области коммутации 10GbE компания предлагает «тяжелые» модульные системы Ethernet Routing Switch 8000 – коммутаторы премиум-класса для построения отказоустойчивого ядра крупных корпоративных сетей или вычислительных центров среднего размера. А вот в сегменте малого и среднего бизнеса флагманский продукт компании – Avaya IP Office – пока еще не добрался даже до гигабитных скоростей, что объясняется нацеленностью на телефонные услуги, а не на передачу данных.

Brocade Communications Systems (вместе с Foundry Networks). Компания выпускает широкий спектр коммутаторов 10GbE в категории ToR (агрегация трафика одной стойки серверов в ряду стоек ЦОД). В нижнем для этой компании ценовом диапазоне семейство коммутаторов Brocade ICX 6610 с преобладающим числом портов 1GbE сменила модель Brocade ICX 6650, предназначенная, как минимум, для кампусных локальных сетей и Ethernet-ЦОД с классической архитектурой. Поэтому модель Brocade ICX 6650 имеет 56 портов 10GBASE-X SFP+ (двухскоростные 1/10 GbE), которые, разумеется, допускают вставку модулей 10GBASE-T/SFP+/RJ45 (Cat5, 6, Cat6a/7), но лучше использовать 10-гигабитную оптику.

Cisco (вместе с Linksys). Компания придерживается стратегии перехода на 10GbE за счет модернизации съемных модулей, причем в обоих семействах коммутаторов этой компании (Nexus и Catalyst) основная ставка сделана на многопортовые модули и линейные карты. Среди них, естественно, предлагаются модули/карты 10GBASE-T, но, как и для коммутаторов Brocade, гораздо шире в номенклатуре продуктов компании представлена 10-гигабитная оптика.

Dell на данный момент предлагает для агрегации медных портов 10GbE только модели PowerConnect 8132 (24 x 10GBASE-T) и PowerConnect 8164 (48 x 10GBASE-T), предназначенные для небольших кампусных сетей (локальная сеть группы зданий) или крупных корпоративных сетей, с рекомендованной стоимостью соответственно 13,5 и 15 тыс. долл. (но с восходящим/стекируемым портом 40GbE).

D-Link имеет всего две 10-гигабитные модели в огромном спектре своей бюджетной продукции. Управляемые стекируемые коммутаторы уровня L2/3 моделей DXS-3600-16S (8 фиксированных портов SFP+) и DXS-3600-32S (24 фиксированных порта SFP+) имеют по одному посадочному месту для модуля расширения, которым может стать DXS-3600-EM-4XT (модуль расширения с 4 портами 10GBase-T). Но SFP+ все же лучше использовать для оптики, а не для «медных» 10GBASE-T/RJ45.

Huawei на своем сайте заявляет, что «настало время для 10GbE», но планирует эту скорость исключительно для рынков ЦОД и кампусных сетей, а в сегменте SOHO/SMB в серии S1700 предлагаются только коммутаторы для скоростей 10/100/1000.

Enterasys Networks. В серии S предлагается автономный коммутатор SSA с возможностью размена 48 обычных портов 10/100/1000 Ethernet на 48 портов SFP 1GbE и 4 порта SFP+ 10GbE. В модульных шасси этой серии в ограниченном количестве также присутствуют порты 10GbE, но основными остаются 1GbE. Серия D портов 10GbE не имеет, а в серии G они используются в ограниченном количестве для агрегации восходящего трафика.

Extreme Networks. Из продукции этой компании в рассматриваемой нами области можно отметить, пожалуй, лишь коммутатор Summit X670, нацеленный, прежде всего на ЦОД, поскольку он поддерживает несколько специфических для этой области протоколов, включая DCB (Data Center Bridging, мостовое соединение в ЦОД). Этот коммутатор имеет 48 посадочных мест для двухскоростных (1/10 GbE) пассивных оптических модулей SFP+. Но по стоимости эта модель вряд ли подойдет для малых и средних локальных сетей.

HP (вместе с ProCurve, 3Com, H3C и TippingPoint). В категории сетевого оборудования для малого и среднего бизнеса предлагаются только гигабитные коммутаторы, однако в число продукции для ЦОД входит гибридный 1/10-гигабитный «блейд-коммутатор» HP 6125G/XG, специально созданный для совместной работы с собственными блейд-серверами системы BladeSystem c-Class. Новый блейд-коммутатор HP 6125G/XG дополняет сходную гигабитную модель блейд-коммутатора 6125G Ethernet. Серии блочных коммутаторов 5800 и 5830 предназначены для обслуживания портов 1/10 GbE, а чисто 10-гигабитные модели 5820 и 5920 поддерживают эту скорость только на посадочных местах SFP+. В серии 5820 имеются «медные» порты RJ45, но только для скорости 1 Гбит/с.

Juniper Networks. Компания в своей продукции обычно не опускается ниже операторского класса, хотя и предлагает ToR-коммутатор Juniper Networks QFX3500 с 48 портами 10GbE и четырьмя магистральными (восходящими) портами 40GbE и шлюзами FCoE и FC. Естественно, что 10-гигабитные порты – это двухрежимные подключаемые компактные порты SFP+/SFP, причем из 48 заявленных портов только 18 можно использовать в «медном» режиме GbE и, судя по всему, поддержка «медных» 10GBASE-T/RJ45 не предусмотрена.

Level One. В бюджетных сериях CompactCon и OfficeCon компания предлагает только коммутаторы со скоростями до гигабитных, как, впрочем, и в остальных своих линейках.

Mellanox Technologies. Среди коммутаторов Ethernet (эта компания также продвигает InfiniBand) предлагается семейство коммутаторов SX1000 категории ToR со скоростями 10/40/56 Гбит/с на порту и с плотностью от 18 до 64 портов в блочном корпусе. Это рекордный в отрасли показатель плотности 10-гигабитных портов в корпусе 1U, однако все они относятся к классу SFP+, чем и объясняется низкая рассеиваемая мощность на порт (заявлено менее 1,8 Вт/порт).

Netgear. На данный момент единственным коммутатором 10GbE в категории SMB у этой компании остается новая бюджетная модель XS708E из семейства ProSAFE Plus. Производитель относит данное устройство к категории улучшенных неуправляемых коммутаторов (Unmanaged Plus), однако можно также считать его интеллектуальным или маршрутизирующим коммутатором. Как основное достоинство Netgear XS708E можно отметить снижение стоимости порта до уровня, приближающегося к точке принятия критически важных решений, – к 100 долл. за порт. На данный момент никто не приблизился к этому уровню ближе компании Netgear.

Planet. Этот тайваньский поставщик недорогих коммутаторов даже в последних моделях FGSW-1820CS / FGSW-2620CS с Web-управлением (иными словами, интеллектуальных коммутаторов) пока еще не вышел за пределы оптических моделей SFP (не SFP+), т.е. за пределы гигабитных скоростей (но не 10-гигабитных) даже для агрегирующих портов восходящей связи. Это характерно и для других компаний, работающих в самом нижнем ценовом диапазоне.

RAD Data Communications. Эту компанию стоит отметить исключительно для оценки проникновения 10GBASE-T/RJ45 в область коммутаторов Ethernet в промышленном (защищенном от неблагоприятных внешних воздействий) исполнении. В серии коммутаторов RADiFlow 3080 и RADiFlow с повышенной защитой от неблагоприятных воздействий для тяжелых эксплуатационных условий пока реализованы только посадочные места под оптику SFP (только для гигабитных модулей).

ZyXEL. В неуправляемых коммутаторах и управляемых коммутаторах второго уровня этой компании 10-гигабитные скорости не поддерживаются. В категории интеллектуальных коммутаторов и «коммутаторов 3 уровня» (по терминологии ZyXEL) есть несколько моделей с поддержкой восходящих портов 10GbE, которые относятся к категории 10G SFP+.

* * *

Проникновение медных портов 10GBASE-T/RJ45 и поддержку обмена на скорости 10-гигабитной линии в сегменте малых и средних корпоративных сетей пока демонстрирует только первый в отрасли SMB-коммутатор компании Netgear, однако прогнозы многих аналитиков предполагают стремительный рост числа медных 10-гигабитных портов в серверах ЦОД, для обслуживания которых потребуются соответствующие коммутаторы. В небольших ЦОД в ближайшем будущем возникнет потребность в коммутаторах 10GbE с малым числом портов (12–16), причем наиболее популярными станут бюджетные модели, даже при некотором ограничении их функциональных возможностей.

Коммутаторы этой категории могут называться по-разному: SMB-коммутаторы, коммутаторы для небольших и средних локальных сетей, бюджетные коммутаторы для ЦОД и т.д.. Главное – это будут недорогие устройства с небольшим числом портов 10GBASE-T/RJ45. В настоящее время продукция этой категории по цене вплотную приблизилась к границе начала широкого внедрения – к показателю 100 долл. за порт.

Сетевое оборудование для перехода на 10 Gigabit Ethernet

Максим Климанов, Foxnetwork.ru

Сегодня повсеместный переход на технологию 10 Gigabit Ethernet не просто желателен, но совершенно необходим. Внедрение 10GbE актуально и в ЦОД при подключении серверов, и на уровне агрегации, и в ядре сети. Особенности сетевого оборудования для перехода на 10GbE мы рассмотрим на примере устройств американского производителя сетевого оборудования компании NETGEAR, предлагающей 10GbE-коммутаторы как с функционалом Smart, так и полностью управляемое оборудование.

Читать далее