Технология коммутации 10 Gigabit Ethernet для предприятий

Введение

С тех пор, как в 802.3 году был утвержден стандарт IEEE 2002ae, продажи портов 10 Gigabit Ethernet увеличились с нескольких сотен портов в квартал до десятков тысяч портов в квартал. Причина, по которой развертывание 10 Gigabit Ethernet имеет такой быстрый рост, в основном связана со следующими факторами:

• Стоимость порта 10 Gigabit Ethernet значительно снизилась.

- в настоящее время цена 10 Gigabit Ethernet составляет менее одной пятой цены 2002 года. Таким образом, в интеллектуальном модульном коммутаторе текущее соотношение цена / производительность (включая стоимость волокна) 10 Gigabit Ethernet почти такое же, как и у волокна -на базе Gigabit Ethernet.

• Новое волокно расширило диапазон развертываний Gigabit Ethernet.

- В настоящее время появление нового волокна позволяет развертывать 10 Gigabit Ethernet в любой среде, от центра обработки данных до коммутационного шкафа, и может расширить существующие волоконно-оптические кабели.


• Пропускная способность продолжает расти

- во-первых, к концу 2004 года развертывание Gigabit Ethernet на настольных компьютерах достигло миллионов портов в квартал. Такое масштабное развертывание значительно увеличило избыточное использование остальной части сети. 10 Gigabit Ethernet помогает снизить избыточное использование до уровня, требуемого передовыми методами проектирования сети. Во-вторых, развитие серверных адаптеров и технологий шины PIC позволило серверам генерировать трафик со скоростью более 7 Гбит / с, что увеличивает потребность серверов в использовании соединений 10 Gigabit Ethernet. Наконец, новые приложения вызвали потребность в производительности 10 Gigabit Ethernet в корпоративных кампусах, внутренних центрах обработки данных и центрах обработки данных.

Обзор технологии

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, например XENPAK, X2 и XFP. С точки зрения развертывания, основными различиями между этими представлениями являются: 1) ширина физического интерфейса 10 Gigabit Ethernet, поддерживаемая данным внешним видом; 2) физический размер. Например, из-за нехватки места форм-фактор XFP в настоящее время не поддерживает модули оптической передачи 10GBASE-LX4 и 10BASE-CX4. Пока типы физических интерфейсов 10 Gigabit Ethernet (например, 10GBASE-LX4 или 10GBASE-SR) 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 Gigabit Ethernet можно развернуть на существующей оптоволоконной кабельной сети от центра обработки данных до восходящей линии связи коммутационного шкафа. По мере увеличения пропускной способности терминального устройства развертывание 10 Gigabit Ethernet может продолжать расширяться за пределы ядра сети, тем самым улучшая масштабируемость сети. Такое обширное развертывание значительно увеличило чрезмерное использование восходящих каналов в коммутационном шкафу, особенно с учетом того, что более 90% межкомпонентного трафика будет проходить по восходящему каналу с севера на юг.

 

В конце 1990-х было обычной практикой развертывать 10/100 Ethernet для настольных компьютеров с избыточными восходящими линиями Gigabit Ethernet. Если к каждому коммутатору подключено 192 пользователя, коэффициент избыточного использования составляет примерно 19: 1. В соответствии с требованиями передовой практики стандартного проектирования сети, избыточное использование полосы пропускания в коммутационном узле должно составлять от 15: 1 до 20: 1, поэтому такая 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 восходящий канал коммутации увеличился до двух или четырех каналов Gigabit Ethernet, ситуация не изменилась. Развертывание восходящих каналов 10 Gigabit Ethernet для текущих коммутационных решений помогает восстановить избыточное использование коммутационного шкафа в соответствии с требованиями лучших практик проектирования сети и дополнительно увеличивает 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 развертывают приложения для IP-видео с высокой пропускной способностью, чтобы повысить производительность и снизить эксплуатационные расходы. Например, онлайн-обучение позволяет сотрудникам получать доступ к важной информации об обучении в режиме 24/7 по низкой цене, своевременно обучать продажам, быстро обучать тому, как предоставлять услуги, курсы, навыки и нормативное обучение для повышения производительности сотрудников. IP-видеосвязь между предприятием и руководством помогает укрепить консенсус сотрудников компании в отношении бизнес-целей и повысить моральный дух сотрудников. Это также чрезвычайно эффективный способ развития коммуникации внутри транснациональных компаний. Решения IP-видеонаблюдения используются для повышения видимости безопасности и ускорения поиска и анализа архивных данных. Для тех, кому нужно личное общение, но нет времени на то, чтобы добраться до назначенного места, IP-видеоконференцсвязь может эффективно взаимодействовать между собой. Все эти приложения IP-видео могут генерировать несколько потоков IP-видео до нескольких Гбит / с, в зависимости от качества видео, которого хочет достичь предприятие. Это, несомненно, займет большую часть полосы пропускания сети.


• Отраслевые приложения

- Во многих отраслях есть специальные 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 улучшить производительность сети. Например, в медицинской промышленности приложения для обработки цифровых изображений (такие как системы архивации изображений [PACS]) часто используются для снижения затрат, сокращения времени на получение и анализ медицинских изображений (таких как рентгеновские снимки, МРТ и компьютерная томография). и повысить продуктивность медицинских работников. В сфере средств массовой информации и рекламы приложения для цифрового видео могут помочь компаниям эффективно создавать видеоклипы, редактировать и просматривать их в разрозненных группах. В обрабатывающей промышленности все больше и больше больших файлов проектирования CAD и CAM необходимо совместно использовать между членами команды, находящимися в разных местах. В финансовой отрасли постоянная потребность в более ценной финансовой информации в реальном 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 серверно-ориентированного хранилища с прямым подключением к ориентированному на сеть общему хранилищу является важной стратегией для достижения этих целей. Совместное использование сетевого хранилища в центрах обработки данных, городских сетях и на предприятиях может дать 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 сети на основе Ethernet для поддержки самых требовательных решений хранения, таких как:


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

–Для соответствия строгим бизнес-требованиям предприятиям пришлось разработать экономичные, безопасные, масштабируемые стратегии обеспечения непрерывности бизнеса и аварийного восстановления. Важным фактором для предприятий, использующих городские сети хранения, является то, что им необходимо установить резервное копирование и удаленное зеркалирование в удаленных местах для расширения центров обработки данных, которые достигли предела емкости, или для централизации ресурсов центров обработки данных в нескольких кампусах или местах. Возможность удаленной передачи 10 Gigabit Ethernet позволяет предприятиям обеспечивать высокоскоростное сетевое соединение между двумя точками, расположенными на расстоянии 80 км. Дальность передачи можно еще больше увеличить, используя оптический усилитель и компенсатор рассеяния. Таким образом, предприятия могут поддерживать несколько кампусов в этом диапазоне, обеспечивая хранение на сервере и передачу данных от хранилища к хранилищу. С высокой пропускной способностью, низкой задержкой и безопасностью offБлагодаря использованию 10 Gigabit Ethernet и интеллектуальной коммутации предприятия могут более легко и беспрепятственно передавать данные между удаленными компонентами корпоративных систем хранения. На рисунке 4 показана инфраструктура 10 Gigabit Ethernet, которая поддерживает все городские решения и технологии на базе IP, включая сетевое хранилище (NAS), интерфейс малых компьютерных систем Интернета (iSCSI) и Fibre Channel на базе IP (FCIP). ) и протокол управления сетевыми данными (NDMP).

 

Для агрегатов, требующих более высокой пропускной способности, больших расстояний передачи, меньшей задержки и развертываний, поддерживающих не-IP-технологии (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 возможности транспортировки. Ключевые приложения хранения для этой городской сети на основе оптоволокна включают резервное копирование, удаленное зеркалирование, аварийное восстановление, кластеризацию и аутсорсинг хранилищ. Синхронное зеркалирование требует чрезвычайно низкой задержки и высокой пропускной способности, а 10 Gigabit Ethernet обеспечивает идеальную комбинацию 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 грид-вычисления предназначены для удовлетворения требований приложений, требующих обширных вычислений ЦП, обработки задач и передачи данных ввода-вывода. Этим приложениям требуется несколько серверов для эффективного выполнения рабочей нагрузки. Кластеризация обеспечивает рентабельный способ расширения вычислительных требований на несколько серверов, позволяя нескольким вычислительным узлам работать вместе как большой и виртуальный вычислительный узел. Кластерные приложения могут быть чрезвычайно чувствительны к производительности взаимодействия между вычислительными узлами и, следовательно, предъявлять высокие требования к сетевой инфраструктуре, соединяющей эти узлы. Таким образом, кластерные приложения могут поддерживаться за счет максимальной 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, TCP / IP. offмеханизм загрузки (TOE) и удаленный прямой доступ к памяти (RDMA). Эти значительные улучшения в производительности сети и серверов могут также получить выгоду от функциональной совместимости, управления и защиты инвестиций благодаря широко распространенным технологиям 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:


Заключение

Развертывание 10 Gigabit Ethernet быстро растет из-за цены, целевых показателей производительности, поддержки новых оптоволоконных интерфейсов для более широкого развертывания и увеличения требований к полосе пропускания для новых приложений. Однако 10 Gigabit Ethernet - это всего лишь сетевой интерфейс для более широкого спектра коммутационных решений. Успешное развертывание 10 Gigabit Ethernet сочетает в себе некоторые ведущие услуги интеллектуальной коммутации, такие как интегрированная безопасность, высокая доступность, оптимизация доставки и улучшенная управляемость, чтобы обеспечить необходимую поддержку для новых приложений. Кроме того, для минимизации затрат предприятиям следует в полной мере использовать существующие вложения в обмен в модули, шасси и другие компоненты при переходе на 10 Gigabit Ethernet.

Оставьте комментарий

Наверх