От 5 до 16 – Ethernet-коммутаторы для SOHO и малого бизнеса

Рынок коммутаторов для сетей передачи данных показывает востребованность этих устройств: согласно одному из наиболее актуальных отчетов IDC, в III квартале прошлого года на мировом рынке коммутаторов Ethernet рост составил 6,5%, а объем рынка достиг 5,66 млрд долл.

Впрочем, данные цифры дают лишь самое общее представление, поскольку внутренняя структура этого рынка – как по потребительским сегментам, так и технологическая – довольно сложна, и показатели отдельных сегментов заметно различаются. Например, аналитики отмечают, что основной вклад в положительную динамику рынка внесли два сегмента: корпоративные/кампусные сети (включая коммутаторы на границе сети) и быстрорастущий сегмент ЦОДов, стимулируемый повсеместным развертыванием облачных приложений.

С технологической точки зрения основной причиной роста рынка коммутаторов стал переход на 10-гигабитные скорости (10GbE, или 10Gb Ethernet). В то же время количество портов 40GbE пока еще не достигло критического значения, позволяющего учитывать их в анализе общего положения на рынке (не говоря уже о том, что в ряде подсегментов эта технология и вовсе пока не актуальна). В нижнем ценовом диапазоне из технологических трендов более заметен не переход на скорость 10 Гбит/с, а различные попытки экономии в рамках энергосберегающих, экономичных или «зеленых» технологий Ethernet (Energy Efficient Ethernet, Green Ethernet или IEEE 802.3az).

Сегмент и его особенности

В данной публикации мы будем рассматривать только коммутаторы начального уровня (нижнего ценового диапазона) для сетей Ethernet. С точки зрения потребительской сегментации эти коммутаторы относятся к сегментам SOHO и малого бизнеса. Это накладывает ограничения на количество портов (от 5 до 16) и такой критичный для данного класса клиентов параметр, как стоимость (условно до 100 долл.). Предложения для первого из этих сегментов можно ограничить устройствами с 5–8 портами при цене до 1500 руб., а второй сегмент совпадает с сегментом корпоративных сетей начального уровня. А вот деление коммутаторов на «домашние» и «корпоративные» достаточно условно, хотя в первом случае выше популярность более дешевых моделей в пластмассовом корпусе с минимальным набором функциональных возможностей.

Набор моделей в таблицах был сформирован с учетом их реальной представленности в наиболее популярных розничных компьютерных супермаркетах с предпочтением устройствам, предлагаемым в нескольких местах. Конечно, в силу ограниченности размеров таблиц они далеко не полностью отражают ассортимент этого класса коммутаторов. Однако выборка дает, на наш взгляд, адекватную картину актуального товарного предложения и основных технических и стоимостных параметров устройств.

Потребительские и технические характеристики

Наиболее наглядный потребительский параметр коммутатора – это число портов, его мы и положим в основу классификации. Коммутатор с двумя портами не имеет смысла, так как его можно заменить соединительным кабелем. Три порта ничем не лучше, поскольку обычно нужен специальный порт так называемой восходящей связи для подключения к Интернету или остальной части корпоративной локальной сети. Коммутаторы с четырьмя портами выпускаются, но не являются массовым продуктом. Поэтому товарный ассортимент компаний обычно начинается с коммутаторов с пятью портами: соединение двух пар устройств плюс канал восходящей связи. Они наиболее широко представлены в рознице и применяются как в домашних сетях и малых офисах, так и для небольшого расширения многопортовых коммутаторов корпоративных сетей.

Мы исключили из обзора экзотические модели (по причине малого объема продаж), например 5-портовый коммутатор 10/100 Мбит/с с питанием от порта USB. Модели с 10 или 12 портами также не рассматриваются из-за их малочисленности, равно как и коммутаторы с ассиметричной матрицей, например с семью портами Fast Ethernet (10/100 Мбит/с) и одним гигабитным портом 1000BASE-T.

Большая часть коммутаторов рассматриваемого класса относится к неуправляемым моделям с фиксированной конфигурацией (fixed unmanaged), хотя имеется несколько моделей фиксированных управляемых коммутаторов (fixed managed). Но модульные (modular) коммутаторы появляются только в среднем и верхнем ценовых диапазонах.

Размер таблицы MAC-адресов является основным «рабочим инструментом» коммутатора, поскольку устанавливается соответствие между его интерфейсами и MAC-адресами подключенных к нему сетевых устройств. Коммутатор формирует эту таблицу на основе служебной информации (MAC-адреса источника) из поступающих кадров, определяя, какое устройство находится на конкретном интерфейсе. Затем все кадры, направляемые на этот MAC-адрес (т. е. кадры с таким MAC-адресом точки назначения), будут передаваться только в данный интерфейс. Если же MAC-адреса нет в таблице, то коммутатор будет вынужден отправить кадр во все интерфейсы (кроме входного для кадра), т.е. он перестает быть коммутатором и становится обычным концентратором (хабом). Поэтому чем больше размер таблицы MAC-адресов, тем лучше, причем для рассматриваемых нами неуправляемых коммутаторов создавать таблицу MAC-адресов вручную невозможно. Разумеется, для автономной сети на основе одного 5-портового коммутатора будет достаточно таблицы MAC-адресов длиной в 5 строк, но при подключении коммутатора к Интернету или корпоративной сети теоретически потребуется таблица для 2 в 48-й степени допустимых уникальных MAC-адресов различных устройств только при исходной 48-разрядной схеме нумерации. Таблица такого размера «не по зубам» коммутаторам не только начального уровня, но и всем остальным, поэтому записи в таблице постоянно обновляются за счет удаления «устаревших» адресов, и текущее состояние таблицы всегда более-менее точно отражает состав сетевых устройств, с которыми ведется обмен данными.

Размер таблицы можно оценивать в записях (они же элементы, строки и т. д.) или в общем количестве MAC-адресов. Корректной считается оценка в записях, но некоторые компании принимают, что одна запись содержит два адреса (MAC-адрес и адрес интерфейса), поэтому на бумаге легко увеличивают размер таблицы вдвое. Кроме того, размер таблицы (как в записях, так и в адресах) обычно выражен степенями двойки. Некоторые компании, по разным причинам, настаивают на «десятичных» тысячах и обычно заявляют размер, например, «до 2000 записей», что очевидно не дотягивает до 2K (2048).

Наиболее показательными функциями коммутаторов начального уровня для локальных сетей, в сравнении с коммутаторами доступа или среднего/верхнего уровня, можно считать энергосбережение по стандарту 802.3az (EEE, Energy Efficient Ethernet – энергосберегающий Ethernet) и PoE (Power over Ethernet – питание поверх Ethernet) по стандарту IEEE 802.3af или 802.3at (PoE Plus). Таким образом, если устройство непосредственно подает питание на порты для обеспечения питания других устройств, оно относится к PoE PSE (Power Sourcing Equipment). Напротив, PoE PD означает Powered Device, т. е. запитку самого коммутатора от подключенного к нему сетевого устройства. Наиболее распространенный пример использования PoE – питание от коммутатора IP-камер.

Отметим также, что энергосбережение EEE предполагает индивидуальное отключение питания неиспользуемых портов, перевод порта в спящий/дежурный режим низкого потребления энергии (когда подключенное устройство неактивно) и снижение мощности сигнала согласно длине соединительного кабеля. Все это неплохо, но автоматическое применение EEE самим коммутатором негативно сказывается на работе приложений реального времени (например, трансляции видео), поэтому даже сами изготовители проводят тестирование с обязательным отключением функции EEE.

С самой функцией PoE тоже не все однозначно. В старых соединительных кабелях Ethernet есть две незадействованные пары проводников отличного качества, которые можно использовать для подачи электропитания на сетевые устройства в труднодоступных местах. Но, к несчастью, оказалось, что изготовители сетевого оборудования уже давно закорачивают неиспользуемые контакты в разъемах, чтобы снизить переходные наводки. Кроме того, в гигабитных кабелях категории 6 используются все четыре пары. В новой спецификации PoE можно по постоянному току сместить потенциал сигнала на любой уровень и подать электропитание по сигнальной паре. Однако здесь начинаются проблемы с заземлением, защитным занулением и прочими вопросами соединения шасси для оборудования на разных концах длинной линии связи. Проще говоря, порты с PoE предназначены только для сетевых PoE-устройств, и их лучше не применять для остальных сетевых устройств. На практике наиболее популярными PoE-устройствами были и остаются IP-камеры видеонаблюдения.

Следующей важной характеристикой коммутатора является поддержка приоритизации трафика (см. столбец «Приоритетный трафик» в таблицах) в том или ином виде. Например, интерфейсу (порту) коммутатора для подключения к Интернету лучше назначить повышенный приоритет, поскольку он будет обслуживать запросы от всех остальных устройств этого коммутатора в сети. В коммутаторах начального уровня один порт может изначально иметь повышенный приоритет, и именно его следует выбрать для подключения к Интернету или к сети более высокого уровня. Кроме того, приоритет можно назначить определенным типам трафика вне зависимости от порта. Для этого служат кадры Ethernet с дополнительным (необязательным) тегом 802.1Q. Стандарт IEEE 802.1Q определяет формирование виртуальных сетей VLAN и обеспечивает назначение приоритетов разным видам трафика согласно IEEE P802.1p для QoS/CoS (Quality of Service – качество обслуживания; Class of Service – класс обслуживания), например для передачи видео без запаздываний за счет снижения скорости других видов трафика.

Как известно, кадр (фрейм) Ethernet состоит из служебной части и рабочей информации, в которую, как в игрушку-матрешку, записываются пакеты TCP/IP, а в них – элементы данных более высокого уровня и т. д. В исходной версии стандарта Ethernet кадр мог иметь поле полезной нагрузки длиной не более 1500 байт, но при этом слишком высоки были «накладные расходы» (соотношение служебной части и рабочей информации), поэтому вместе с появлением гигабитных сетей Ethernet стандарт был расширен для поддержки кадров с полезной нагрузкой до 9216 байт (это число часто округляют до 9000), которые были названы Jumbo Frame (дословно «слоновьи кадры»). Сегодня такие кадры поддерживаются и в сетях Fast Ethernet, поэтому функция Jumbo Frame в коммутаторах позволяет сократить объем передаваемой служебной информации. В некоторых современных экспериментальных сетях Ethernet допускается использование SJF (Super Jumbo Frame) еще большего размера. Поддержка Jumbo Frame улучшает пропускную способность сети и снижает загрузку процессора при пересылке длинных файлов. Кроме того, размер поддерживаемых коммутатором кадров Jumbo Frame косвенно определяет размер доступной в этом устройстве буферной памяти для промежуточного хранения кадров.

Далее мы проанализируем типовые значения основных параметров в коммутаторах с различным числом портов и их влияние на стоимость моделей (приведенные в таблицах значения соотвествуют средним розничным ценам на середину февраля 2014 г.).

Пятипортовые коммутаторы

Цена 5-портовых коммутаторов Fast Ethernet (до 100 Мбит/с) и гигабитных 5-портовых коммутаторов (до 1000 Мбит/с) различается в два-три раза, и это вполне понятно и обоснованно (табл. 1). Однако внутри этих подсегментов также существует разброс цен, определяемых несколькими факторами.

Таблица 1. Пятипортовые коммутаторы

Во-первых, металлический корпус сразу увеличивает стоимость устройства в 1,5–2 раза. Он обеспечивает лучшую защиту от внешних электромагнитных помех и наводок, повышенную механическую прочность конструкции (например, в случае падения устройства на пол), более быстрый отвод тепла и более строгое соблюдение требований к промышленному оборудованию (например, к защите от возгорания). Поэтому для офисных помещений лучше выбрать коммутатор в металлическом корпусе.

Во-вторых, стоимость коммутатора значительно увеличивается даже при появлении одного порта PoE, поэтому устройства с поддержкой питания по Ethernet нужно выбирать только в случае явной необходимости, особенно если речь идет о 5-портовых коммутаторах. Некоторые сетевые устройства не допускают подключения к портам PoE, поэтому такой порт может оказаться бесполезным для обычных сетевых устройств. Как правило, устройство с питанием PoE для коммутатора начального уровня – это IP-камера видеонаблюдения, например перед входом в офис.

В-третьих, дополнительные функции и поддержка энергосбережения (как в полной реализации, так и частично) также увеличивают стоимость примерно вдвое за обе функции в сумме. Из дополнительных функций можно рекомендовать порт с повышенным приоритетом или порт с поддержкой QoS/CoS, что, по сути, одно и то же. Такой порт станет прекрасным выбором для «восходящего» подключения коммутатора, например, к линии провайдера Интернета или к коммутатору более высокого уровня в корпоративной сети. Совсем иначе обстоит дело с энергосбережением («зеленым» Интернетом), особенно с автоматической настройкой, и при отсутствии возможности отключения этой функции самим пользователем. Действительно, такая функция позволяет сократить потребляемую мощность вплоть до 60–70%, но одна энергосберегающая электрическая лампочка в светильнике на рабочем столе даст еще большую экономию. Обратной стороной энергосбережения может стать уменьшение надежности работы коммутатора, особенно для приложений, работающих в реальном времени, когда требуется максимальное снижение задержки при пересылке пакетов данных. Поэтому пока защищать природу лучше с помощью энергосберегающих лампочек, а не энергосберегающих коммутаторов.

В-четвертых, имеется существенная разница в цене практически одинаковых по функциональным возможностям коммутаторов от известных и не очень известных компаний-производителей.

Кроме того, 5-портовые коммутаторы по высоте могут быть ниже стандартного стоечного размера 1U (44 мм), поскольку установка в стойку предполагается далеко не для всех моделей и, более того, для большинства устройств данного класса она, видимо, и не нужна вовсе.

Восьмипортовые коммутаторы

Для 8-портовых коммутаторов (табл. 2) справедливы все выводы, сделанные нами при анализе 5-портовых устройств. В некоторых моделях появляются встроенные блоки питания; это, вероятно, вызвано тем, что коммутаторы данной группы больше идут в корпоративные применения.

Таблица 2. Восьмипортовые коммутаторы

Разумеется, пропускная способность матрицы коммутации увеличивается до 1,6 Гбит/с для коммутаторов с портами 10/100 Мбит/с и до 16 Гбит/с – для коммутаторов с гигабитными портами.

Немного увеличивается в этом сегменте доля моделей в металлических корпусах, а в отдельных моделях состав дополнительных функций расширяется за счет зеркалирования портов (возможность дублирования пакетов на второй порт для подключения анализатора сетевого трафика или любого предписанного законодательством регистратора данных для слежения за пользователями), а также поддержки виртуальных локальных сетей VLAN (для сегментации сети на отдельные несвязанные области с целью повышения безопасности).

Все это влечет за собой увеличение цен на средний 8-портовый коммутатор.

16-портовые коммутаторы

Список 16-портовых коммутаторов (табл. 3) получился короче двух предыдущих, но не потому, что эти модели непопулярны. Дело в том, что большая часть моделей 16-портовых коммутаторов выходит за установленную нами максимальную цену в 100 долл. Для моделей в этом ценовом диапазоне справедливо все, что сказано выше для 5- и 8-портовых коммутаторов. Однако значительно выше доля моделей со встроенным блоком питания и вентилятором, а многие модели комплектуются крепежными деталями для монтажа в стандартную телекоммуникационную (19-дюйм) стойку. Это указывает на то, что такие модели больше ориентированы на корпоративные решения.

Таблица 3. 16-портовые коммутаторы

Пропускная способность матрицы коммутации увеличивается до 3,2/32 Гбит/с, что напрямую ведет к увеличению стоимости в 1,5–2 раза за сходные по функционалу модели.

Еще раз заметим, что в табл. 3 приведены данные только для самых бюджетных 16-портовых коммутаторов (стоимостью менее 100 долл.), но если говорить о технологических трендах этого сегмента в целом, то это достаточно широкое распространение вентиляторного охлаждения, наличие ассиметричной матрицы коммутации (как минимум, специальный порт восходящей связи или стекирования), высокая распространенность портов 10 Гбит/с и многое другое, характерное уже для коммутаторов локальных сетей среднего ценового диапазона. Но это будет темой нашего следующего обзора.

Полная версия статьи – «Коммутатор за 100 долларов» – опубликована в журнале «Бестселлеры IT-рынка», №1’2014. Автор – Михаил Кузьмин, внештатный эксперт «Бестселлеров IT-рынка».

Вернуться к началу обзора «Коммутаторы начального уровня»