Технология коммутации 10 Gigabit Ethernet для предприятий

Обзор технологических приемов

Свойство уровня MAC

Поскольку 10 Gigabit Ethernet по-прежнему является частью Ethernet, он может использовать преимущества технологии Ethernet, которая развивалась с годами, чтобы упростить процесс перехода на эту более высокоскоростную технологию. Как и предыдущие модели Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet использует протокол MAC IEEE 802.3 Ethernet, формат кадра Ethernet и размер кадра. Он поддерживает стандартные службы Ethernet, такие как агрегация каналов 802.3ad, которая может объединять до восьми каналов 10 Gigabit Ethernet в одно виртуальное соединение 80 Гбит / с. Поскольку 10 Gigabit Ethernet также является полнодуплексной одноранговой технологией, он может поддерживать трафик с обоих концов канала, не вызывая конфликтов пакетов. Следовательно, он не имеет внутреннего ограничения расстояния. Максимальное расстояние канала зависит от транспортного механизма и волокна среды передачи и не зависит от диапазона коллизионного домена Ethernet.

Атрибут физического уровня

Соглашения об именах и объем работ для универсальных интерфейсов

Когда появился новый тип технологии Ethernet, один из первых вопросов, который задавали люди, был: «Как далеко он может путешествовать?» Как и в предыдущих технологиях Ethernet, расстояние передачи Gigabit Ethernet зависит от типа физического интерфейса, используемого пользователем. Доступно множество интерфейсов Gigabit Ethernet, поэтому людям нужно единообразное соглашение об именах, чтобы различать различные оптоволоконные интерфейсы, типы оптоволокна и расстояния передачи.

Внешний вид

Подключаемый интерфейс 10 Gigabit Ethernet имеет различные формы, такие как XENPAK, X2 и XFP. С точки зрения развертывания основными различиями между этими представлениями являются: 1) ширина физического интерфейса 10 Gigabit Ethernet, поддерживаемая данным представлением; 2) физический размер. Например, форм-фактор XFP в настоящее время не поддерживает модули оптической передачи 10GBASE-LX4 и 10BASE-CX4 из-за нехватки места. Пока Гигабитный 10 Типы физических интерфейсов Ethernet (например, 10GBASE-LX4 или 10GBASE-СР) на двух концах канала одинаковы, разные типы интерфейсов могут взаимодействовать при оптической передаче.

Преимущества 10 Gigabit Ethernet перед объединением нескольких каналов Gigabit Ethernet:

• Снижение использования оптоволокна - связка каналов 10 Gigabit Ethernet использует меньше, чем агрегация Gigabit Ethernet. Для последнего требуется пучок волокон для каждого канала Gigabit Ethernet. Это преимущество 10 Gigabit Ethernet может снизить сложность проводки в центре обработки данных. Для кампусов, в которых невозможно прокладывать больше оптоволоконных кабелей по цене, 10 Gigabit Ethernet может более эффективно использовать существующие оптоволоконные кабели.

• Более мощная поддержка больших потоков данных - из-за требований к последовательности пакетов конечных устройств, каналы, объединяющие каналы Gigabit Ethernet, поддерживают только потоки данных со скоростью 1 Гбит / с. Напротив, из-за большей пропускной способности одного канала 10 Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet может более эффективно поддерживать приложения, которые генерируют несколько потоков Gb.

• Более длительный срок службы - 10 Gigabit Ethernet может обеспечить большую масштабируемость, чем несколько каналов Gigabit Ethernet, для увеличения срока службы. До восьми каналов 10 Gigabit Ethernet можно объединить в одно виртуальное соединение со скоростью 80 Гбит / с.

Сценарий корпоративного приложения 10 Gigabit Ethernet

Теперь 10-гигабитный Ethernet можно развернуть на существующих оптоволоконных кабелях от центра обработки данных до восходящей линии связи коммутационного шкафа. По мере увеличения пропускной способности соединения терминального устройства развертывание 10-гигабитного Ethernet может продолжать расширяться за пределы ядра сети, тем самым улучшая масштабируемость сети. Такое обширное развертывание значительно увеличило чрезмерное использование восходящих каналов в коммутационном узле, особенно учитывая, что более 90% трафика между проводами будет проходить через восходящий канал с севера на юг.

В конце 1990-х было принято развертывать 10/100 Ethernet для настольных компьютеров с резервными восходящими каналами Gigabit Ethernet. Предположим, к каждому коммутатору подключено 192 пользователя. В этом случае коэффициент избыточного использования составляет приблизительно 19:1. В соответствии с требованиями стандартного передового опыта проектирования сетей избыточное использование полосы пропускания в коммутационном узле должно составлять от 15:1 до 20:1, поэтому эта практика не выходит за рамки правил. Однако с ростом популярности Gigabit Ethernet для настольных ПК в последние годы эти избыточные коэффициенты использования быстро достигли 48: 1 или даже 96: 1. Даже если аплинк коммутационного шкафа увеличился до двух-четырех каналов Gigabit Ethernet, ситуация не изменилась. Развертывание восходящих каналов 10 Gigabit Ethernet для текущих переключающие решения помогает восстановить избыточное использование коммутационного узла в соответствии с требованиями передового опыта проектирования сети и еще больше расширяет пропускную способность для удовлетворения будущих потребностей.

Настольное приложение

Развертывания 10 Gigabit Ethernet на предприятии могут поддерживать все большее количество настольных приложений. Эти приложения значительно увеличили потребность компании в пропускной способности, в том числе:

Общая загрузка данных на рабочем столе

Поскольку рабочие нагрузки настольных компьютеров продолжают расти (как показано на рисунке 3), а новые приложения требуют более высокой пропускной способности, общие требования к пропускной способности каждого рабочего стола продолжают расти. Например, приложения для резервного копирования ПК особенно важны, поскольку все больше и больше сотрудников полагаются на последние данные ПК. Выполнение задач резервного копирования автоматически, а не пользователями, может уменьшить потерю данных и увеличить частоту резервного копирования. Частое резервное копирование всех настольных компьютеров на предприятии ложится тяжелым бременем на сеть, особенно с учетом влияния растущих размеров файлов (таких как файлы данных Microsoft Outlook и презентации PowerPoint). Кроме того, компании переходят от традиционных клиент-серверных приложений (то есть с использованием раздутых выделенных клиентов на каждом рабочем столе) к веб-приложениям (которые используют простой стандартный браузер на каждом рабочем столе), чтобы воспользоваться преимуществами экономии затрат. веб-технологий в эксплуатации и разработке.

• Приложения IP-видео

– Многие компании внедряют приложения IP-видео с высокой пропускной способностью, чтобы повысить производительность и снизить эксплуатационные расходы. Например, онлайн-обучение позволяет сотрудникам получать доступ к важной обучающей информации круглосуточно и без выходных по низкой цене, доступ к своевременным тренингам по продажам и быстрому обучению тому, как предоставлять услуги, курсы, навыки и нормативное обучение для повышения производительности сотрудников. IP-видеосвязь между предприятием и руководством помогает укрепить консенсус сотрудников в отношении бизнес-целей и повысить моральный дух сотрудников. Это также чрезвычайно эффективный способ продвижения коммуникации в многонациональных компаниях. Решения для IP-видеонаблюдения используются для повышения видимости безопасности и ускорения поиска и анализа архивных данных. Для тех, кто нуждается в личном общении, но не имеет времени в указанном месте, IP-видеоконференции могут эффективно совместными усилиями. Все эти IP-видеоприложения способны генерировать несколько IP-видеопотоков до нескольких Гбит/с, в зависимости от качества видео, которого хочет достичь предприятие. Это, несомненно, займет много пропускной способности сети.

• Отраслевые приложения

– Во многих отраслях есть специализированные приложения, требующие значительной пропускной способности и высокой производительности. Независимо от того, являются ли эти приложения кластерными или основаны на модели клиент-сервер, 10 Gigabit Ethernet может быстро повысить производительность сети. Например, в медицинской промышленности приложения для обработки цифровых изображений (такие как системы архивации изображений [PACS]) часто используются для снижения затрат и времени на получение и анализ медицинских изображений (таких как рентгеновские снимки, МРТ и компьютерная томография). и повысить производительность медицинских работников. В сфере средств массовой информации и рекламы приложения для цифрового видео могут помочь компаниям эффективно создавать видеоклипы, а также редактировать и просматривать их в рамках рассредоточенных групп. В обрабатывающей промышленности все больше и больше больших проектных файлов CAD и CAM необходимо совместно использовать между членами команды, находящимися в разных местах. В финансовой отрасли постоянная потребность в более ценной финансовой информации в режиме реального времени еще больше увеличила потребность в производительности сети.

Сеть хранения

Благодаря таким приложениям, как обслуживание клиентов, обмен сообщениями, электронная коммерция, мультимедийные онлайн-ресурсы и содержимое каталогов, потребности предприятий в емкости хранилищ продолжают расти. Такой «информационный взрыв» требует от ИТ-менеджеров поиска способов экономичного доступа, управления и защиты данных.

Переход от серверного хранилища с прямым подключением к сетевому общему хранилищу является важной стратегией для достижения этих целей. Совместное использование сетевого хранилища в центрах обработки данных, городских сетях и на предприятиях может принести следующие преимущества:

• Максимальное использование хранилищ и информационных ресурсов совместно

• Упростите управление средой хранения.

• Сведите к минимуму общую стоимость владения (TCO) вашего хранилища.

• Повышение доступности и целостности данных.

Благодаря 10 Gigabit Ethernet ИТ-менеджеры теперь могут вывести свои сетевые среды хранения данных на новый уровень и использовать сеть на основе Ethernet для поддержки самых требовательных решений для хранения данных, таких как:

• Повышение устойчивости бизнеса за счет резервного копирования и аварийного восстановления центров обработки данных.

–Чтобы соответствовать строгим бизнес-требованиям, предприятиям пришлось разрабатывать экономически эффективные, безопасные, масштабируемые стратегии обеспечения непрерывности бизнеса и аварийного восстановления. Важным фактором для предприятий при внедрении сетей хранения данных в метро является необходимость создания резервных копий и удаленного зеркалирования в удаленных местах для расширения центров обработки данных, которые достигли пределов емкости, или централизации ресурсов центров обработки данных в нескольких кампусах или местах. Возможность удаленной передачи данных 10 Gigabit Ethernet позволяет предприятиям обеспечивать высокоскоростное сетевое соединение между двумя точками, находящимися на расстоянии 80 километров друг от друга. Расстояние передачи данных можно дополнительно увеличить с помощью оптического усилителя и компенсатора рассеивания. Таким образом, предприятия могут поддерживать несколько кампусов в этом диапазоне, обеспечивая передачу данных с хранилища на сервер и с хранилища на хранилище. Благодаря высокой пропускной способности, низкой задержке и безопасности, предлагаемым 10 Gigabit Ethernet и интеллектуальной коммутацией, предприятия могут более легко и бесперебойно передавать данные между удаленными компонентами корпоративных систем хранения. На рисунке 4 показана инфраструктура 10-гигабитного Ethernet, которая поддерживает все городские решения и технологии на основе IP, включая сетевое хранилище (NAS), интерфейс малых компьютерных систем Интернета (iSCSI) и Fibre Channel на основе IP (FCIP). ) и протокол управления сетевыми данными (NDMP).

Для агрегаций, требующих более высокой пропускной способности, больших расстояний передачи, меньшей задержки и развертываний, поддерживающих технологии, отличные от IP (такие как Fibre Channel или протокол IBM Enterprise System Connectivity [ESCON]), плотное мультиплексирование с разделением по длине волны (DWDM) в городской сети (MAN) обеспечивает высокую емкость, независимый от протокола доступ к хранилищу и транспортные возможности. Ключевые приложения для хранения данных в этой оптоволоконной городской сети включают резервное копирование, удаленное зеркалирование, аварийное восстановление, кластеризацию и аутсорсинг хранения. Синхронное зеркалирование требует чрезвычайно низкой задержки и высокой пропускной способности, а 10-гигабитный Ethernet обеспечивает идеальное сочетание этих элементов для удовлетворения этой критически важной бизнес-потребности.

Рисунок 5. 10 Gigabit Ethernet для совместного использования и консолидации данных NAS:

Рисунок 6. 10 Gigabit Ethernet для расширенной возможности разветвления консолидации системы хранения:

Кластерные и грид-вычисления

Кластеризация и сеточные вычисления предназначены для удовлетворения требований приложений, которым требуются обширные вычисления ЦП, обработка задач и передачи ввода-вывода. Эти приложения требуют нескольких серверов для эффективного выполнения рабочей нагрузки. Кластеризация обеспечивает экономически эффективный способ расширения вычислительных требований на несколько серверов, позволяя нескольким вычислительным узлам работать вместе как большой и виртуальный вычислительный узел. Кластеризованные приложения могут быть чрезвычайно чувствительны к производительности межсоединений между вычислительными узлами и, следовательно, предъявлять высокие требования к сетевой инфраструктуре, соединяющей эти узлы. Таким образом, кластеризованные приложения могут поддерживаться за счет максимизации производительности сети с низкой задержкой 10 Gigabit Ethernet. Чтобы минимизировать задержку сервера и нагрузку на ЦП, компании начинают внедрять некоторые новые серверные технологии, такие как ускорение ввода-вывода на системном уровне, механизм разгрузки TCP/IP (TOE) и удаленный прямой доступ к памяти (RDMA). Эти значительные достижения в производительности сети и сервера также могут выиграть от преимуществ взаимодействия, управления и защиты инвестиций широко распространенных технологий Ethernet и IP.
Хотя развертывание кластерных вычислений в основном используется исследовательскими учреждениями, все больше и больше коммерческих организаций внедряют эту технологию. Поставщики серверов баз данных и приложений добавили в свои продукты поддержку кластерных вычислений. Кластерные вычисления также широко используются в других приложениях высокопроизводительных вычислений (HPC), таких как финансовый анализ и моделирование, разведка и анализ нефти и газа и инженерное моделирование.

Рис. 7. 10 Gigabit Ethernet для кластеризации и грид-вычислений:

Итого

Развертывание 10 Gigabit Ethernet быстро растет из-за цены, целей производительности, поддержки новых оптоволоконных интерфейсов для более широких развертываний и растущих требований к пропускной способности для новых приложений. Однако 10-гигабитный Ethernet — это всего лишь сетевой интерфейс для более широкого спектра коммутационных решений. Успешное развертывание 10 Gigabit Ethernet сочетает в себе некоторые передовые интеллектуальные услуги коммутации, такие как интегрированная безопасность, высокая доступность, оптимизация доставки и улучшенная управляемость, для обеспечения необходимой поддержки новых приложений. Кроме того, для минимизации затрат предприятия должны в полной мере использовать существующие обменные инвестиции в модули, шасси и другие компоненты при переходе на 10-гигабитный Ethernet.