Что такое плотность портов коммутатора
Советы по выбору коммутатора или маршрутизатора Cisco
Для развёртывания масштабируемых сетей необходимо иметь базовое представление о сетевом оборудовании Cisco. Большинство моделей хорошо масштабируются вместе с сетью в процессе её увеличения. Поэтому у компании имеются различные серии маршрутизаторов, коммутаторов и прочего оборудования для обеспечения современной архитектуры сети и её требований.
Очень важно выбрать подходящее для текущих требований сети оборудование во время её проектировки с запасом производительности для дальнейшего её роста. Коммутаторы и маршрутизаторы играют критическую роль, особенно в среде предприятия. Поэтому в этой статье мы рассмотрим некоторые из главных критериев, которые помогут правильно выбрать оборудование Cisco для вашей сети (главным образом для корпоративной)
Есть пять категорий коммутаторов для корпоративных сетей
Коммутаторы для кампусных сетей (Campus LAN Switches): Для обеспечения масштабируемости сетевой производительности существуют коммутаторы уровня ядра, распределения, доступа, а также компактные коммутаторы. Разнообразие этих платформ варьируется от простых коммутаторов без кулера с восемью фиксированными портами до блейд-коммутаторов, состоящих из 13 лезвий, поддерживающих сотни портов. Коммутаторы для кампусных сетей включают в себя серии Cisco 2960, 3560, 3750, 3850, 4500, 6500 и 6800.
Коммутаторы с облачным управлением (Cloud—Managed Switches): Коммутаторы доступа с облачным управлением Cisco Meraki позволяют использовать виртуальное стекирование. Они отслеживают и конфигурируют тысячи портов коммутатора по сети без привлечения персонала IT.
Коммутаторы для ЦОД (Data Center Switches): Центр обработки данных должен быть построен из коммутаторов, которые обеспечивают масштабируемость инфраструктуры, непрерывное функционирование и гибкость транспорта данных. Коммутаторы для ЦОД включают в себя серии Cisco Nexus и Cisco Catalyst 6500.
Виртуальные сети (Virtual Networking): Сети становятся преимущественно виртуализированными. Виртуальные коммутаторы Cisco Nexus обеспечивают безопасные мультиарендные сервисы путём добавления технологии интеллектуальной виртуализации в сеть ЦОД.
Сетевые администраторы должны определить форм-фактор коммутаторов при выборе. Коммутаторы бывают фиксированной конфигурации, модульной, стековой и нестековой.
Коммутаторы фиксированной конфигурации
Коммутаторы модульной конфигурации
Коммутаторы стековой конфигурации
Высота свитча, выраженная в юнитах, также важна при монтировании в стойку. Например, коммутаторы фиксированной конфигурации, показанные на изображении выше, все являются одноюнитовыми.
Помимо этих замечаний также стоит обратить внимание на следующие особенности при выборе коммутаторов:
Плотность портов свитча характеризуется количеством портов на одно устройство. Изображения ниже показывают три свитча с разной плотностью портов.
Коммутаторы фиксированной конфигурации обычно поддерживают до 48 портов на одно устройство. Также есть возможность установить в такие коммутаторы дополнительно до четырёх портов для устройств small form—factor pluggable (SFP). Высокая плотность портов позволяет лучше использовать ограниченное пространство и питание. Два 24-портовых свитча смогут поддерживать только 46 устройств, потому что, как минимум, один из портов каждого свитча необходим для его соединения с аплинком. Также необходимы две розетки. А если у вас есть один 48-портовый свитч, вы можете подключить до 47 устройств, так как нужен будет только один порт для соединения с аплинком и только одна розетка.
Свитчи модульной конфигурации обеспечивают очень высокую плотность портов путем добавления дополнительных карт расширения. Например, некоторые коммутаторы Catalyst 6500 поддерживают более 1000 портов.
В больших корпоративных сетях, к которым подключаются тысячи устройств, лучше использовать модульные свитчи с высокой плотностью портов, чтобы более рационально использовать пространство и питание. В противном случае вам потребуется множество коммутаторов с фиксированной конфигурацией. Такое решение потребует большое количество розеток и много свободного места.
Проектировщик сети также должен принимать во внимание проблему «узкого горлышка» аплинка: группа свитчей с фиксированной конфигурацией занимает множество дополнительных портов для агрегации полосы пропускания между свитчами для того, чтобы достигнуть необходимой производительности. С одним модульным свитчем агрегация полосы пропускания является не такой серьезной проблемой, так как плата межсоединений способна обеспечить необходимой полосой пропускания устройства, подключённые к карте расширения портов.
Скорость коммутации – это значение, определяющее скорость обработки информации свитчем за одну секунду. Линейки коммутаторов классифицируются по скорости коммутации.
Скорость коммутации
Например, типичный 48-портовый гигабитный свитч, функционирующий при полной физической скорости, способен генерировать 48 Гбит трафика в секунду. Но если свитч поддерживает скорость коммутации только 32 Гбит/сек, то все его порты одновременно не смогут работать при полной физической скорости. Однако, свитчи уровня доступа обычно не нуждаются в полной скорости, потому что они физически ограничены аплинком. Это означает, что менее дорогие и менее производительные свитчи могут быть использованы на уровне доступа, а более дорогие высокопроизводительные лучше использовать на уровнях распределения и ядра сети, где от скорости коммутации очень сильно зависит производительность всей системы.
Технология Power over Ethernet (PoE) позволяет коммутатору подавать питание на устройство по кабелю Ethernet. Эта функция обычно используется некоторыми IP-телефонами и беспроводными точками доступа.
Power over Ethernet
РоЕ предоставляет большую гибкость при установке точек доступа и IP-телефонов. С этой технологией их можно установить везде, где есть Ethernet-кабель. Сетевой администратор должен быть уверен, что технология РоЕ необходима, т.к. свитчи, поддерживающие эту технологию, стоят значительно дороже.
Относительно новые серии коммутаторов Cisco Catalyst 2960-C и 3560-C поддерживают проброс РоЕ
Проброс PoE
Проброс РоЕ позволяет сетевому администратору подавать питание на РоЕ-устройства, подключенные к свитчу, и на сам свитч от вышестоящих коммутаторов.
Многоуровневые коммутаторы обычно используются на уровнях ядра и распределения сети. Особенностью многоуровневых свитчей является возможность построения таблицы маршрутизации, поддержка нескольких протоколов маршрутизации и коммутации IP-пакетов со скоростью, близкой к коммутации 2-го уровня. Многоуровневые коммутаторы обычно поддерживают специализированное оборудование такое, как ASIC (Application—Specific Integrated Circuit, интегральная схема специального назначения). ASIC вместе с выделенными структурами программных данных могут выполнять коммутацию IP-пакетов без использования ЦП.
В последнее время стала очень популярна тенденция к чистой маршрутизации 3-го уровня с помощью коммутаторов. Когда коммутаторы впервые использовались в сетях, ни один из них не поддерживал маршрутизацию. Сейчас же почти все поддерживают. Скорее всего, скоро все свитчи будут включать в себя процессор маршрутизации, потому что стоимость такого свитча постепенно уменьшается. В конечном счёте, термин многоуровневый коммутатор станет неактуальным.
Коммутатор Catalyst 2960 наглядно показывает миграцию в среду 3го уровня.
Советы по выбору маршрутизаторов Cisco
Так же, как и коммутаторы, маршрутизаторы выполняют важную функцию на уровнях доступа, распределения и ядра сети. Во многих малых сетях (таких, как сети филиалов) все 3 уровня выполняются на маршрутизаторе.
В корпоративной сети на уровне распределения необходима маршрутизация. Без процесса маршрутизации пакеты не смогут попасть во внешнюю сеть.
Маршрутизаторы играют важную роль в сетевых технологиях, соединяя между собой различные объекты внутри корпоративной сети, предоставляя резервные маршруты и обеспечивая взаимодействие провайдеров в Интернете. Роутеры также могут выступать в роли преобразователей между различными носителями и протоколами, например можно принимать пакеты из сети Ethernet и переинкапсулировать их для передачи в последовательную сеть.
Маршрутизаторы используют целевые IP-адреса для доставки пакетов к соответствующему месту назначения. Роутеры меняют маршрут на альтернативный, если пропадает сетевое соединение или возрастает нагрузка трафика. Все устройства локальной сети имеют назначенный IP-адрес маршрутизатора в своей сетевой конфигурации. Интерфейс роутера является шлюзом по умолчанию.
Маршрутизаторы также выполняют и другие важные функции:
— ограничивают широковещательный трафик в ЛВС
— фильтруют нежелательный трафик с помощью ACL (Access Control Lists – списки контроля доступа)
— связывают между собой географически удалённые локации
— логически группируют пользователей, которым нужны одни и те же сервисы
Для предприятий и провайдеров услуг эффективная маршрутизация и быстрейшее восстановление после сбоев имеет огромное значение.
Существует три категории маршрутизаторов:
Сетевым администраторам в среде предприятия нужно иметь возможность поддерживать множество различных роутеров, начиная с малых настольных и заканчивая стоечными блейд-маршрутизаторами. Одним из маршрутизаторов Cisco на рынке сегодня является роутер серии Cisco ISR G2. Как правильно выбрать маршрутизатор Cisco? По данной ссылке вы можете получить больше информации о выборе роутера Cisco ISR G2 Series для вашей сети.
Технологии ЦОД: общая информация по коммутаторам QFX
В статье рассмотрены основные принципы построения сетей в центрах обработки данных, приведены примеры аппаратных решений от компании Juniper Networks. Глубокого технического анализа она не несет, но возможно будет полезна тем кто собирается организовать свой первый небольшой центр обработки данных, или присматривается к альтернативным решениям и новым возможностям в уже существующих ЦОД.
Тема построения сетей связи в центрах обработки данных уже далеко не нова на сегодняшний день. Это направление сейчас находится в стадии бурного развития, что обосновано все возрастающими потребностями по хранению информации, а также массовой миграцией сервисов и технологий в «облака».
В связи с этим, требования к сетям передачи данных в ЦОД повышаются каждый день. Это заставляет человечество разрабатывать новые технологии управления сетью, обработки трафика и работы оборудования. Оптимизировать существующие решения, и конечно снижать нагрузку на человекоресурсы, дабы исключить ошибки связанные с человеческим фактором.
Немаловажным стало изменение направления движения трафика в ЦОД — если раньше большие потоки трафика проходили снизу вверх — вертикально, от серверов во внешний мир, то сейчас ситуация совсем иная, и теперь сервера общаются между собой, передавая большие потоки информации друг другу, что изменило пропорции объемов трафика в пользу «горизонтального» обмена.
В 1953 году математик Чарльз Клоз, решал задачу по оптимизации сетевых подключений для применения в телеграфных сетях. Метод подключения «каждый с каждым» был избыточен и требовал больших затрат ресурсов на реализацию. Идея Клоза заключалась в построении сети по схеме трех уровней. Вход — Промежуточный — Выход. В такой схеме количество физических соединений резко уменьшалось, но общая производительность сети была достаточной для работы.
Этот же принцип был взят за основу построения сетей передачи данных в ЦОД. С единственным изменением — уровни «вход» и «выход» были совмещены в один, так как сервера являются как источником информации, так и ее потребителем. В конечном итоге, получили схему подключения сети по принципу Spine — Leaf.
Схема подключения сети по принципу Spine — Leaf
Leaf. Оборудование уровня доступа, куда подключаются сервера в центре обработки данных. Это коммутаторы Top of Rack, с большой плотностью портов. Как можно увидеть из рисунка, все оборудование Leaf включается отдельными линиями в каждый коммутатор уровня Spine. Это позволяет достигнуть высокого уровня резервирования и отказоустойчивости.
Spine. Оборудование уровня «агрегации» — обычно производительное оборудование с большой плотностью портов 25/40/50/100 Гбит/с. Отличительной чертой данного оборудования является широкий спектр поддерживаемого функционала, и большая производительность по сравнению с уровнем Leaf.
В результате, мы получаем схему, в которой потоки трафика проходят через оборудование уровня Spine. Такое распределение потоков трафика может показаться не оптимальным в случае, если оба сервера, источник и получатель подключены к одному коммутатору уровня Leaf. И это правильно, в таком случае трафик проходит напрямую через коммутатор Leaf не поднимаясь на уровень выше.
QFX — серия коммутаторов для построения сетей центров обработки данных.
Аббревиатура QFX не несет никакого логического смысла, поэтому не будем вдаваться в смысл этих трех букв. Данное оборудование разработано и представлено на рынке компанией Juniper Networks, занимающей передовые позиции по разработке и производству телекоммуникационного оборудования.
Вопросами коммутации и маршрутизации в центрах обработки данных в наше время занимается любой уважающий себя производитель телекоммуникационного оборудования, будь то Cisco, Arista, Extreme и некоторые другие.
Интересную позицию занимают производители сетевого программного обеспечения, которое возможно использовать совместно с оборудованием без предустановленного ПО, либо напрямую на серверных платформах. Развитие этого направления происходит в тесном сотрудничестве с производителями телекоммуникационного оборудования, создающих новые продукты и технологии.
Вернемся к оборудованию QFX от компании Juniper Networks. Вся серия была разработана с учетом потребностей центров обработки данных. Программное обеспечение написано с учетом необходимого функционала, архитектура оборудования учитывает требования по отказоустойчивости и резервированию.
Линейка коммутаторов для центров обработки данных представлена следующими сериями:
Рассмотрим QFX51хх — более старая модель QFX5100, а также обновленный вариант QFX5110. Оба коммутатора построены на основе Broadcom Trident 2+, но разных версий. В итоге, мы получили не одинаковое поведение коммутатора в работе, и, конечно же, различающуюся поддержку программных функций, и портовой емкости. Как было отмечено ранее, данное оборудование позиционируется, в основном, как Leaf-устройство. Возможен вариант использования серии 51хх как Spine-устройства в небольших центрах обработки данных.
QFX51xx поддерживает резервирование блоков питания по схеме AC/DC, AC/AC, DC/DC.
Программно, оборудование строится с применением механизмов виртуализации. В отличие от других серий коммутаторов компании, операционная система Junos OS запускается как виртуальная машина под гипервизором KVM, который работает на устройстве. Благодаря этому, решение поддерживает технологию обновления ПО — TISSU. В процессе обновления создаются дополнительные виртуальные машины Junos OS, и происходит переключение между ними с минимальными перерывами сервиса.
QFX5100 построен на более старой версии чипа Trident 2+ и на мой скромный взгляд уже достоин отправиться на пенсию, уступая дорогу своему старшему брату QFX5110.
QFX5100 выполнен в нескольких модификациях:
QFX5110 – более новая модель в серии 51хх, построенная на обновленной версии чипа Trident 2+
QFX5110 выполнен в нескольких модификациях
Небольшая сравнительная таблица:
Рассмотрим серию QFX52хх. Оборудование данной серии представлено двумя моделями QFX5200, а также QFX5210. Вся серия построена на чипе Broadcom Tomahawk первого поколения. Это накладывает свои ограничения на функциональность и производительность решения. Серия позиционируется как Spine-устройства небольших центров обработки данных, либо как Leaf-устройства, если необходимо подключать оконечное оборудование 25 Гбит/с Это обусловлено высокой плотностью портов QSFP28 и тем, что оборудование построено на коммерческом чипе от компании Broadcom, с ограниченным функционалом.
QFX52xx поддерживает резервирование блоков питания по схеме AC/DC, AC/AC, DC/DC.
Все сказанное выше о работе ПО на оборудовании QFX51xx справедливо и для серии QFX52xx. Операционная система Junos OS работает так же, как виртуальная машина, с возможностью проводить TISSU.
QFX5200 представлен двумя моделями, более старой QFX5200-32C, построенной на чипе Broadcom Tomahawk, и более новой моделью QFX5200-48Y, построеной на чипе Broadcom Tomahawk+:
QFX5210-64C — коммутатор 64 порта QSFP28.
В конечном итоге, мы получаем большую плотность портов 100 Гбит/с за относительно небольшие деньги, что делает данное оборудованием хорошим решением уровня Spine в небольших и средних центрах обработки данных. Также, хочется отметить тот момент, что оборудование позволяет осуществить миграцию уровня Leaf на скорости 25 Гбит/с
Перейдем к серии QFX10k. Оборудование данной серии построено на собственной разработке компании Juniper, чипе Q5, с производительностью 500 Гбит/с. Данный чипсет имеет возможность подключения внешней памяти для хранения маршрутной информации RIB/FIB. Это позволяет строить оборудование большой производительности и внедрять новый функционал по мере его появления на рынке через программные обновления. Коммутаторы серии QFX10k разработаны с учетом всех современных потребностей рынка, для использования в больших центрах обработки данных на уровне Spine, а также для построения связей между двумя разнесенными географически центрами обработки данных — DCI — Data Center Interconnect.
Коммутаторы QFX10k выпускаются в фиксированном и в модульном исполнении.
QFX10002 является коммутатором фиксированного исполнения размерами 2RU. Серия включает в себя несколько моделей:
Серия включает в себя шасси с возможностью включения 8 либо 16 линейных карт.
На сегодняшний день оборудование QFX10к занимает лидирующие позиции в сегменте «Spine-устройства» для сетей центров обработки данных. Коммутаторы составляют сильную конкуренцию оборудованию других производителей, в данном сегменте.
Все оборудование поддерживает механизмы удаленной конфигурации NetConf, сбор статистики и аналитики с применением Junos Telemetry.
В целом, мы провели обзор физической топологии построения сети — в варианте best practice — возможного оборудования от компании Juniper. Хочется отметить, что аналоги таких коммутаторов имеются и у других производителей оборудования. Используя наш обзор, всегда можно выбрать то, что вам больше подходит.
В заключении, предлагаю рассмотреть логические варианты построения сетей связи в центрах обработки данных.
На сегодняшний день я могу выделить два варианта логического построения сети:
Основанный на закрытых алгоритмах и протоколах работы.
Основанный на открытых алгоритмах и протоколах работы.
Мы по-прежнему рассматриваем производителя Juniper Networks.
В первом случае можно выделить два основных решения для построения сетей в центрах обработки данных:
Virtual chassis fabric
Junos Fusion Datacenter
Virtual Chassis Fabric. Решение является развитием технологии Virtual Chassis от компании Juniper. Используется тот же принцип объединения коммутаторов в одно общее шасси с помощью внутреннего протокола VCCP. VCCP основан на открытом протоколе IS-IS, и является его переработанной версией. В результате, механизм работы решения скрыт от конечного пользователя, и отдается на откуп разработчикам, что затрудняет решение любых проблем, возникающих во время эксплуатации, но позволяет пользоваться завершенным продуктом.
Разделение на уровни Underlay и Overlay. В качестве технологии Underlay используется известные нам протоколы IGP — такие, как OSPF/IS-IS, для небольших центров обработки данных. Если центр обработки данных имеет множество стоек и используется большое количество подключенных оконечных устройств — то всеми любимый iBGP/eBGP. На мой взгляд, тут при выборе решение underlay — это дело вкуса, и здравого смысла.
В качестве решения overlay выбирается что нибудь вроде VXLAN, который поддерживается большинством производителей сетевых решений, совместно с технологиями MPLS или, допустим, EVPN. Оборудование компании Juniper может быть использовано для построения подобных решений наряду с другими производителями. Никаких особенностей тут выделить, я думаю, нельзя.
Все фотоматериалы любезно предоставлены компанией Juniper Networks в лице инженера Бугакова Евгения. За что ему отдельное спасибо.
Коммутируемые сети
6.1. Иерархическая модель построения локальных сетей
Современные сети развивающихся предприятий должны быть легко масштабируемыми (расширяемыми), управляемыми и надежными. Подобные задачи наиболее просто решаются в случае использования иерархической топологии сети, модель которой включает несколько уровней иерархии. Сеть среднего предприятия может быть построена по двухуровневой схеме ( рис. 6.1б), которую называют моделью со свернутым ядром. Сети крупных корпораций строятся по трехуровневой схеме ( рис. 6.1в), включающей нижний уровень доступа (Access), средний уровень распределения ( Distribution ) и верхний уровень ядра ( Core ).
Безопасность и управляемость сетей, построенных по иерархической топологии, сравнительно легко реализуются, поскольку на каждом уровне могут решаться свои специфические задачи. Политика информационной безопасности предусматривает обеспечение защиты на всех уровнях модели.
Важным вопросом при проектировании сети иерархической модели является место размещения серверов, банков и баз данных, сетевых принтеров. Необходимо минимизировать количество промежуточных устройств (коммутаторов) между пользователем и общесетевым оборудованием, а также оптимизировать пропускную способность соединений, поскольку к серверам и банкам данных может одновременно обращаться множество конечных устройств.
К коммутаторам сетей разной сложности и уровня иерархической структуры предъявляются различные требования, поэтому выпускаются несколько типов коммутаторов:
Материнская плата ( шасси ) коммутатора модульной конфигурации позволяет монтировать разное количество линейных плат, содержащих порты, по требованию заказчика. Обычно коммутаторы модульной конфигурации являются наиболее дорогостоящими.
Форм-факторы отражают характеристики коммутаторов, среди которых наиболее важными являются плотность портов и производительность.
Плотность портов характеризует способность коммутатора поддерживать требуемое количество устройств в сети (компьютеров, серверов, IP-телефонов, сетевых принтеров), для чего требуется определенное количество доступных портов.
Производительность коммутатора определяет количество передаваемых данных в единицу времени через все его порты. Это значение обычно несколько меньше суммы производительностей каждого порта. Порты коммутатора характеризуются определенной скоростью передачи данных, например, широко распространенный коммутатор уровня доступа Catalyst 2960 может иметь 24 порта со скоростью 100 Мбит/си 2 или 4 порта со скоростью 1000 Мбит/с.
Для повышения производительности (пропускной способности) какого либо участка сети в ряде случаев проводят объединение ( агрегирование ) соединений, а также создают транковые соединения, что характерно для всех уровней модели рис. 6.1в. Принцип агрегирования нескольких портов коммутатора для обеспечения требуемой производительности наглядно отображает схема рис. 6.2, когда доступ к серверу может одновременно потребоваться нескольким конечным узлам. Для обеспечения требуемой повышенной производительности соединения сервера с коммутатором объединяются (агрегируются) несколько портов коммутатора.
Время с момента прихода первого байта кадра на входной порт и до его появления на выходном порте характеризует задержку передачи. Значение задержки во многом определяется режимом коммутации.
Для буферизации кадров при асимметричном режиме коммутатор может использовать буферную память портов или общую память коммутатора. Во втором случае требуемый каждому порту объем памяти выделяется динамически, что и позволяет успешно реализовать асимметричную коммутацию.
Для создания локальных сетей выпускается широкий спектр коммутаторов, например, Catalyst 2960, 3560, 3750, 4500, 6500 и другие. Они различаются количеством портов, производительностью, функциональными возможностями, ценой. Информацию о них можно найти в Интернете.