Largura de banda, latência, jitter e perda de pacotes

Ao avaliar o desempenho de uma rede, podemos avaliá-la a partir de quatro aspectos: largura de banda, latência, jitter e perda de pacotes.

Métricas de desempenho de rede

Largura de Banda

Conceito: A largura de banda é definida no Baidu Baike como a “maior taxa de dados” que pode passar de um ponto a outro em uma rede dentro de uma unidade de tempo.

Em redes de computadores, largura de banda refere-se à maior taxa de dados que a rede pode transmitir, que é quantos bits por segundo (normalmente medido em bps).

Simplificando, a largura de banda pode ser comparada a uma rodovia, indicando o número de veículos que podem passar por ela em uma unidade de tempo.

Representação: a largura de banda normalmente é expressa em bps, indicando quantos bits por segundo;

Ao descrever a largura de banda, “bits por segundo” é frequentemente omitido. Por exemplo, uma largura de banda de 100M equivale a 100Mbps, onde Mbps significa megabits por segundo.

No entanto, a velocidade com que baixamos o software é medida em Byte/s (bytes por segundo). Isso envolve a conversão entre bytes e bits. No sistema numérico binário, cada 0 ou 1 é um bit, que é a menor unidade de armazenamento de dados, e 8 bits constituem um byte.

Ao subscrever serviços de banda larga, uma largura de banda de 100M refere-se a 100Mbps. A velocidade teórica de download da rede é de apenas 12.5 MBps, mas na realidade pode ser inferior a 10 MBps. Essa discrepância se deve a vários fatores, como desempenho do computador do usuário, qualidade do equipamento de rede, uso de recursos, horários de pico da rede, capacidade dos serviços do site, degradação da linha, atenuação do sinal, etc. a velocidade não pode atingir a velocidade teórica.

Latência

Latência, simplesmente, é o tempo que uma mensagem leva para viajar de uma extremidade à outra da rede.

Por exemplo, quando faço ping no endereço do Google no meu computador;

O resultado mostra uma latência de 12ms. Essa latência se refere ao tempo de ida e volta que a mensagem ICMP precisa para viajar do meu computador até o servidor do Google e voltar.

(Ping refere-se ao tempo de ida e volta que um pacote de dados leva para ser enviado do dispositivo do usuário para um ponto de teste e imediatamente de volta ao dispositivo do usuário. É comumente conhecido como atraso de rede e é medido em milissegundos, ms. )

A latência de rede inclui quatro componentes principais: atraso de processamento, atraso de fila, atraso de transmissão e atraso de propagação. Na prática, consideramos principalmente o atraso de transmissão e o atraso de propagação.

Atraso no processamento: dispositivos de rede, como switches e roteadores, exigem um certo tempo para processar pacotes após o recebimento. Isso inclui tarefas como desencapsulação, análise de cabeçalho, extração de dados, verificação de erros e seleção de rota.

Normalmente, o atraso de processamento para roteadores de alta velocidade é da ordem de microssegundos ou até menos.

Atraso na fila: O atraso na fila refere-se ao tempo gasto pelos pacotes em uma fila enquanto são processados ​​por dispositivos de rede, como roteadores ou switches.

O atraso na fila de um pacote depende se há outros pacotes sendo transmitidos na fila.

Se a fila estiver vazia e nenhum outro pacote estiver sendo transmitido, o atraso na fila do pacote será zero. Por outro lado, se houver tráfego intenso e muitos outros pacotes também estiverem aguardando transmissão, o atraso na fila pode ser significativo.

Os atrasos reais nas filas geralmente estão na faixa de milissegundos a microssegundos.

Atraso de transmissão: O atraso de transmissão é o tempo que os roteadores e switches levam para enviar dados, que é o tempo necessário para a fila do roteador entregar o pacote ao link da rede.

Se (L) representa o comprimento do pacote em bits e (R) representa a taxa de transmissão do link do roteador A para o roteador B em bits por segundo (bps), então o atraso de transmissão é L/R.

Os atrasos reais de transmissão estão normalmente na faixa de milissegundos a microssegundos.

Atraso de propagação: O atraso de propagação é o tempo que uma mensagem leva para viajar através do link físico entre dois roteadores.

O atraso de propagação é igual à distância entre os dois roteadores dividida pela velocidade de propagação do link, denotada como (D/S), onde (D) é a distância entre os dois roteadores e (S) é a velocidade de propagação de a ligação.

Os atrasos reais de propagação são da ordem de milissegundos.

Compreender esses atrasos é crucial para otimizar o desempenho da rede e garantir uma transmissão de dados eficiente.

Jitter

Jitter na rede refere-se à variação no atraso entre a chegada dos pacotes, causada por congestionamento da rede, desvio de tempo ou mudanças de rota. Por exemplo, se o atraso máximo experimentado ao acessar um site for de 10 ms e o atraso mínimo for de 5 ms, então o jitter da rede será de 5 ms.

Um jitter é usado para avaliar a estabilidade de uma rede; quanto menor o jitter, mais estável é a rede.

Isto é particularmente importante em jogos online, onde é necessária uma alta estabilidade de rede para garantir uma boa experiência de jogo.

Causas do tremor da rede: O tremor da rede pode ocorrer quando há congestionamento na rede, levando a atrasos variáveis ​​no enfileiramento que afetam a latência ponta a ponta. Isso pode fazer com que o atraso entre o roteador A e o roteador B flutue, resultando em instabilidade na rede.

Perda de pacotes

A perda de pacotes ocorre quando um ou mais pacotes de dados não conseguem chegar ao seu destino através de uma rede. Se a extremidade receptora detectar dados faltantes, ela solicitará uma retransmissão dos pacotes perdidos com base em seus números de sequência.

A perda de pacotes pode ser causada por vários fatores, sendo o congestionamento da rede um dos mais comuns. Quando o tráfego de dados é muito pesado para o equipamento de rede suportar, alguns pacotes podem ser inevitavelmente perdidos.

Taxa de perda de pacotes: A taxa de perda de pacotes é a razão entre o número de pacotes de dados perdidos durante um teste e o número total de pacotes enviados. Por exemplo, se 100 pacotes forem enviados e um pacote for perdido, a taxa de perda de pacotes será de 1%.

empilhamento: Empilhamento refere-se à prática de conectar vários switches que suportam recursos de empilhamento usando cabos de empilhamento, virtualizando-os logicamente em um único dispositivo de switch que participa do encaminhamento de dados como um todo. Stacking é uma tecnologia de virtualização horizontal amplamente utilizada que offoferece benefícios como maior confiabilidade, números de porta expandidos, maior largura de banda e configuração de rede simplificada.

Por que o empilhamento é necessário?

As redes tradicionais de campus usam redundância de dispositivos e links para garantir alta confiabilidade, mas a utilização dos links é baixa e os custos de manutenção da rede são altos. A tecnologia de empilhamento virtualiza vários switches em um único switch para simplificar a implantação da rede e reduzir a carga de trabalho de manutenção da rede. O empilhamento tem muitas vantagens:

Maior confiabilidade: O empilhamento permite que vários switches formem um sistema de backup redundante. Por exemplo, se o Switch A e o Switch B estiverem empilhados, eles se apoiam. Se o Switch A falhar, o Switch B poderá assumir o controle para garantir que o sistema continue a operar normalmente. Além disso, os sistemas empilhados suportam agregação de links entre dispositivos, o que também fornece redundância para os links.

Esquema de empilhamento

Números de porta expandidos: Quando o número de usuários excede a densidade de portas que um único switch pode suportar, novos switches podem ser adicionados ao existente para formar um sistema empilhado, expandindo assim o número de portas disponíveis.

Esquema do número da porta de expansão

Largura de banda aumentada: Para aumentar a largura de banda do uplink de um switch, novos switches podem ser adicionados para formar um sistema empilhado. Vários links físicos de switches membros podem ser configurados em um grupo de agregação para aprimorar a largura de banda de uplink do switch.

Maior largura de banda

Configuração de rede simplificada: em uma rede empilhada, vários dispositivos são virtualmente configurados como um único dispositivo lógico. Essa simplificação elimina a necessidade de protocolos como o MSTP para interromper loops, simplifica a configuração da rede e depende da agregação de links entre dispositivos para obter failover rápido no caso de falha de um único dispositivo, melhorando assim a confiabilidade.

Configuração de rede simplificada

Empilhamento de longa distância: Os usuários de cada andar podem acessar a rede externa através de switches de corredor. Ao conectar switches de corredor distantes uns dos outros para formar uma pilha, ele efetivamente transforma cada edifício em um único dispositivo de acesso, simplificando a estrutura da rede. Cada edifício possui vários links para a rede principal, tornando a rede mais robusta e confiável. A configuração de vários switches de corredor é simplificada para a configuração do sistema empilhado, reduzindo os custos de gerenciamento e manutenção.

Empilhamento de longa distância

Dispositivos que suportam empilhamento

A maioria dos switches convencionais suporta empilhamento. Por exemplo, os switches de campus da série S da Huawei e os switches de data center CloudEngine têm modelos que suportam empilhamento. Para os switches de campus da série S, apenas os switches do tipo caixa suportam empilhamento; dois switches do tipo chassi juntos formam um cluster. Para switches de data center CloudEngine, tanto os switches do tipo chassi quanto os do tipo caixa possuem modelos que suportam empilhamento, com a diferença de que os switches do tipo chassi suportam apenas o empilhamento de dois dispositivos.

Conceitos de estabelecimento de pilha

Em um sistema de empilhamento, todos os switches individuais são chamados de switches membros. Com base em suas funções, eles podem ser categorizados em três funções:

Interruptor mestre: O switch mestre é responsável por gerenciar toda a pilha. Existe apenas um switch mestre em um sistema de empilhamento.

Interruptor Standby: O switch standby atua como um backup para o switch mestre. Existe apenas um switch de espera em um sistema de empilhamento. Ele assume todas as operações da chave mestre original em caso de falha.

Chaves Escravas: Switches escravos são usados ​​para encaminhamento de tráfego comercial. Pode haver vários switches escravos em um sistema de empilhamento. Quanto mais switches escravos houver, maior será a largura de banda de encaminhamento da pilha.

Todos os switches membros, exceto os switches mestre e standby, são switches escravos. Um switch escravo assume a função de um switch standby quando este não está disponível.

ID da pilha

O ID da pilha é usado para identificar switches membros dentro da pilha, representando o número do slot do switch membro. Cada switch membro possui um ID de pilha exclusivo no sistema.

Prioridade de pilha

A prioridade da pilha é um atributo dos switches membros, usado principalmente durante o processo de eleição de função para determinar a função dos switches membros. Quanto maior o valor de prioridade, maior a probabilidade de ser eleito como chave mestre.

Processo de estabelecimento de pilha

O processo de estabelecimento de uma pilha inclui as quatro etapas a seguir:

• Com base nos requisitos da rede, selecione os cabos de empilhamento e os métodos de conexão. Diferentes produtos suportam diferentes métodos de conexão física. Para switches de caixa de campus da série S e switches de caixa de data center CloudEngine, topologias de conexão em cadeia e em anel são suportadas. Para switches de chassi de data center CloudEngine, há suporte para conexões de porta SIP e conexões de porta de serviço.
• Escolha a chave mestre. Após todos os switches membros serem ligados, o sistema de empilhamento inicia a eleição do switch mestre. Cada switch membro no sistema de empilhamento tem uma função definida, com o switch mestre gerenciando toda a pilha.
• Atribua IDs de pilha e escolha o switch de espera. Após a conclusão da eleição do switch mestre, ele coleta informações de topologia de todos os switches membros, calcula as entradas da tabela de encaminhamento de pilha, distribui-as a todos os switches membros e atribui IDs de pilha. Posteriormente, ocorre a eleição da chave standby para servir de backup para a chave mestre. O switch que completa a inicialização do dispositivo primeiro, além do switch mestre, é priorizado como switch de espera.
• Sincronize versões de software e arquivos de configuração. Após a conclusão da eleição de função e da coleta de topologia, todos os switches membros sincronizam automaticamente a versão do software e o arquivo de configuração do switch mestre.
• O sistema de empilhamento pode carregar automaticamente o software do sistema. Os switches membros que formam uma pilha não precisam da mesma versão de software; eles só precisam ser compatíveis. Se a versão do software do switch standby ou escravo for diferente daquela do switch mestre, o switch standby ou escravo baixará automaticamente o software do sistema do switch mestre, reiniciará com o novo software do sistema e se juntará novamente à pilha.
• O sistema de empilhamento também possui um mecanismo de sincronização de arquivos de configuração. O switch mestre salva o arquivo de configuração de toda a pilha e gerencia a configuração de todo o sistema. Os switches standby ou escravos sincronizam o arquivo de configuração do switch mestre para o switch e o executam. Isso garante que vários dispositivos na pilha possam funcionar como um único dispositivo na rede e, no caso de falha do switch mestre, os switches restantes ainda poderão executar todas as funções normalmente.

Introdução aos módulos ópticos SFP (SFP+)

Módulos e switches ópticos são indispensáveis ​​em projetos de rede comuns, como implantação de redes corporativas e construção de data centers. Os módulos ópticos convertem principalmente sinais elétricos em sinais ópticos, enquanto os interruptores facilitam o encaminhamento desses sinais optoeletrônicos. Entre os vários módulos ópticos disponíveis, os módulos SFP+ são um dos mais utilizados atualmente. Diferentes métodos de conexão com switches podem atender a vários requisitos de rede.

O que é o Módulo Óptico SFP+

O módulo óptico SFP+ é um tipo de módulo de fibra 10G da família SFP, independente de protocolos de comunicação. Normalmente conectado a switches, roteadores de fibra e placas de rede de fibra, ele é usado em sistemas Ethernet de 10 G bps e canais de fibra de 8.5 G bps para atender às demandas de taxas mais altas de data centers e facilitar a expansão e conversão da rede.

Módulos SFP+ offmaior densidade de cartão de alta linha e tamanho compacto, permitindo interoperabilidade com outros tipos de módulos 10G. Isso proporciona aos data centers maior densidade de instalação e economia de custos, tornando-os um módulo óptico conectável convencional no mercado.

Tipos de módulos ópticos SFP+

Geralmente, os módulos ópticos SFP+ são categorizados com base em suas aplicações reais. Os tipos comuns incluem módulos 10G SFP+, BIDI SFP+, CWDM SFP+ e DWDM SFP+.

Módulos 10G SFP+: Estes são módulos SFP+ padrão, considerados uma versão atualizada dos módulos 10G SFP e são um design convencional no mercado.

Módulos BIDI SFP+: Utilizando tecnologia de multiplexação por divisão de comprimento de onda, esses módulos têm uma taxa de até 11.1 G bps e baixo consumo de energia. Com duas portas de fibra óptica, elas normalmente são usadas em pares, reduzindo a quantidade de fibra utilizada e os custos de construção na construção da rede do data center.

Módulos CWDM SFP+: Empregando tecnologia de multiplexação por divisão de comprimento de onda grosseira, esses módulos são frequentemente usados ​​com fibras monomodo, economizando recursos de fibra e offproporcionando flexibilidade e confiabilidade em redes, com baixo consumo de energia.

Módulos DWDM SFP+: Usando tecnologia de multiplexação por divisão de comprimento de onda densa, esses módulos são frequentemente usados ​​para transmissão de dados de longa distância, com uma distância máxima de até 80 km. Eles apresentam taxas altas, grande capacidade e forte escalabilidade.

Como emparelhar módulos ópticos SFP+ com switches

Diferentes tipos de módulos ópticos podem ser conectados a switches para diversas soluções de rede. Abaixo estão vários cenários práticos de aplicação para emparelhar módulos ópticos SFP+ com switches.

Solução 1: Conexão entre Módulos Ópticos 10G SFP+ e Switches

Insira quatro módulos ópticos 10G SFP+ nas portas SFP+ de 10 Gbps de um switch e, em seguida, insira um módulo óptico 40G QSFP+ na porta QSFP+ de 40 Gbps de outro switch. Finalmente, conecte-os no meio com um jumper de fibra óptica. Este método de conexão atinge principalmente a expansão da rede de 10G para 40G, o que pode atender de forma rápida e conveniente às necessidades de atualização de rede dos data centers.

Solução 2: Conexão entre módulos ópticos BIDI SFP+ e switches

Insira os módulos ópticos nas portas SFP+ de dois switches e, em seguida, use jumpers de fibra óptica LC correspondentes às portas do módulo para conectar os módulos ópticos em ambos os switches. Este método de conexão alcança efetivamente a conexão de dados mais simples e econômica, aplicável a conexões Ethernet em data centers, cabeamento empresarial e transmissão de operadoras de telecomunicações.

Cenário 3: Conexão entre Módulos Ópticos CWDM SFP+ e Switches

Este método de conexão usa repetidor, transceptores de fibra óptica e CWDM para conectar os módulos ópticos aos switches, convertendo as portas elétricas RJ45 nos switches Ethernet 10G nos comprimentos de onda CWDM exigidos pelos multiplexadores CWDM.

Cenário 4: Conexão entre módulos ópticos DWDM SFP+ e switches

Insira os módulos ópticos nas portas SFP+ dos switches e, em seguida, use jumpers de fibra óptica blindados para conectá-los ao DWDM. Este método de conexão protege os sinais ópticos durante a transmissão de longa distância, reduzindo significativamente a perda de ondas ópticas e é adequado para transmissão de sinais ópticos de longa distância.

Precauções para conectar módulos ópticos SFP+ com switches

1. Certifique-se de que o comprimento de onda e a distância de transmissão dos módulos ópticos usados ​​por ambos os switches sejam iguais, bem como se eles são de fibra única ou de fibra dupla, monomodo ou multimodo. Se houver incompatibilidade, use o conversor correspondente.
2. Ao usar módulos ópticos, tente evitar eletricidade estática e choques. Se ocorrer um impacto, não é recomendado continuar usando o módulo.
3. Preste atenção na orientação de inserção do módulo óptico; o anel de tração e a etiqueta devem ficar voltados para cima.
4. Ao inserir o módulo óptico no switch, empurre-o firmemente para baixo. Geralmente haverá uma leve vibração. Após a inserção, puxe levemente o módulo para verificar se está instalado corretamente.
5. Ao desmontar o módulo óptico, primeiro puxe o anel para uma posição de 90 graus em relação à porta e, em seguida, remova o módulo.