Исторически модульные коммутаторы предлагали крупные, давно работающие на рынке производители, а со стековыми предложениями выходили новички, которые делали акцент на невысокой стоимости своих решений. Со временем такие компании — если, конечно, смогли выжить на рынке и окрепнуть — тоже начали предлагать модульные устройства.

А компании-гиганты, в свою очередь, «снизошли» до уровня стековых коммутаторов, часто просто купив соответствующих производителей. Параллельно шло стремительное совершенствование сетевого оборудования обоих типов конструкции.

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ДОСТОИНСТВА

Обе разновидности коммутаторов обладают такой важной характеристикой, как масштабируемость. Стековые конструкции в полной мере реализуют принцип «плати по мере роста»: устройства можно покупать и добавлять в стек по мере расширения сети и возникновения потребности в подключении новых пользователей и/или устройств. Ограничениями здесь служат максимальное число поддерживаемых стеком устройств (обычно восемь) и скорость объединяющей их в стек шины (обычно десятки гигабит в секунду). При выборе модульного коммутатора придется сразу потратить довольно значительные средства на покупку шасси с блоками управления, электропитания, вентиляторами и пр., которые, как правило, рассчитаны на обслуживание максимального числа установленных в устройство линейных плат. Такие платы, понятно, можно докупать по мере необходимости. Ограничения по наращиванию модульных устройств очевидны: они определяются максимальным числом слотов для установки линейных плат. При этом производительность внутренней шины модульных устройств очень часто рассчитана на обеспечение неблокируемой передачи трафика между всеми портами.

Особенностями конструкции определяются и требования к тому, какое технологическое пространство надо выделить для размещения устройств, что может оказаться критично в высокоплотных инсталляциях, например в центрах обработки данных (ЦОД). Независимо от того, какое число портов (слотов) модульного коммутатора занято в данный момент, ему изначально требуется столько места, сколько занимает его шасси. При использовании стековых устройств место под оборудование, как и капитальные затраты, выделяется по мере необходимости. Так, если на начальном этапе развития сети достаточно, например, 24 или 48 портов 10/100/1000 Ethernet, то соответствующий коммутатор вполне можно разместить в одном юните (1U) монтажной стойки. При этом следует учитывать, что, по статистике, в модульных устройствах используется только 50–75% слотов, значит, остальное место пропадает впустую.

Исторически главным преимуществом модульных коммутаторов всегда считалась высокая степень надежности. Мощные шасси таких устройств обычно комплектуются резервируемыми модулями управления, блоками питания, вентиляторами и другими средствами для повышения отказоустойчивости. У стековых коммутато -ров первого поколения, главным конкурентным преимуществом которых, как уже говорилось, являлась существенно более низкая цена, подобного резерва не было. Однако у современных стековых коммутаторов корпоративного класса резервирование блоков питания — дело привычное. А топология «кольцо» (а иногда и «двойное кольцо»), часто применяемая внутри стека, обеспечивает защиту от возможного повреждения кабеля связи.

Тонкий момент — поведение стека в случае выхода из строя одного из его коммутаторов. Если это устройство не выполняет функции «мастера», то такой инцидент обычно не приводит к нарушению работы других устройств. Если авария случилась с мастеркоммутатором, то для восстановления работы стека функции «мастера» необходимо передать другому коммутатору. На это может уйти от нескольких десятков миллисекунд до нескольких секунд. Конкретное значение данной характеристики желательно уточнить у вашего поставщика.

Как известно, чем больше отдельных элементов в системе, тем ниже степень ее надежности (при одинаковом качестве изготовления самих элементов). Если с этой точки зрения модульный коммутатор с двумя блоками питания сравнить с поддерживающим столько же портов стеком, скажем, из восьми коммутаторов (каждый со своим блоком или двумя), то очевидно, что вторая система менее надежна, поскольку выход из строя блока питания более вероятен. Но зато она отличается большей гибкостью применения. Скажем, если на часть оконечных устройств необходимо подать электропитание по сети Ethernet (PoE), то для этого потребуется установить блоки питания повышенной мощности. Проще это осуществить для одного из коммутаторов стека, сделав его «силовым».

Переходя к вопросам функциональности, следует отметить, что модульные устройства обычно оснащаются более мощными процессорами, благодаря чему они обладают более широким набором функций и более высокими количественными характеристиками — например, поддерживают больше виртуальных локальных сетей (VLAN). Неудивительно, что многие из представленных на рынке модульных устройств способны выполнять задачи не только классических коммутаторов, работающих на втором уровне (L2) модели OSI, но и маршрутизаторов — устройств третьего уровня (L3). Впрочем, по мере развития электроники, среди стековых коммутаторов стало появляться все больше устройств с интеллектом L3.

Для удобства эксплуатации и технического обслуживания сети чрезвычайно важно, чтобы стеком коммутаторов можно было управлять как единой системой. Ставшая практически стандартной возможность управления стеком по одному IP-адресу позволяет экономить дефицитные IP-адреса и упрощает управление устройствами. Однако, как отмечают специалисты компании Extreme Networks, далеко не всегда при этом реализуется возможность настраивать параметры, имеющие отношение к непосредственной пересылке трафика, разом для всех коммутаторов. Например, если требуется сконфигурировать сети VLAN, охватывающие сразу несколько коммутаторов, то придется делать это отдельно для каждого устройства.

НАСТОЯЩИЙ СТЕК

Эксперты Extreme Networks разделяют имеющиеся на рынке стековые решения на две категории (см. Таблицу 1), причем только одну из них они относят к «настоящим стекам». По своей функциональности решения из этой категории максимально схожи с модульными устройствами (по сути, речь идет о формировании виртуального шасси), а администраторы получают преимущества не только единого управления, но и консолидации функций по непосредственной обработке трафика. В таком стеке всеми ресурсами можно управлять централизованно: создавать сети VLAN, объединять каналы в группы, настраивать списки контроля доступа (Access Control List, ACL), назначать порты для зеркального отображения трафика — все эти задачи можно выполнять для любого порта любого коммутатора в стеке.

 

Таблица 1. Основные различия между двумя технологиями организации стека.
Характеристика  «Стек» с управлением по
одному IP-адресу
«Настоящий стек»
Единое управление группой коммутаторов по одному IP-адресу Да  Да 
Конфигурирование VLAN Для каждого коммутатора отдельно Для всех коммутаторов стека
Пересылка трафика  Обычно только коммутация L2 Коммутация L2 и L3
Зеркальное отображение трафика на порт Для каждого коммутатора отдельно Для всего стека
Объединение каналов Для каждого коммутатора отдельно Для всего стека
Источник: Extreme Networks

 

 В стеках первого поколения вопросы резервирования путей передачи трафика и управления активной топологией обычно решались с помощью стандартных алгоритмов сетевого моста и протоколов семейства xSTP. Эти протоколы характеризуются большим временем сходимости топологии сети после аварий и к тому же блокируют часть каналов связи. Современные решения используют более эффективные механизмы резервирования и передачи трафика по нескольким путям. Но для этого применяются нестандартные (фирменные) алгоритмы, что исключает совместимость оборудования разных компаний.

Рисунок 1. Эволюция технологии стековых решений компании Allied Telesis.
Рисунок 1. Эволюция технологии стековых решений компании Allied Telesis.

 

Специалисты компании Allied Telesis считают переход к использованию подобных алгоритмов (в решениях этой компании соответствующая технология получила название Virtual Chassis Stacking, VCStack) важным шагом в эволюции стековых решений (см. Рисунок 1). Еще одним шагом вперед является реализация возможности создавать территориально распределенные стеки (см. «Расстояние стеку не помеха»), что позволяет разносить коммутаторы стека, например, по соседним зданиям (см. Рисунок 2). Максимальное расстояние между коммутаторами такого стека определяется «дальнобойностью» доступных оптических модулей 10G SFP+, которая может доходить до 70 км. Следовательно, можно построить даже стек масштаба крупного города! На рынке уже представлены коммутаторы, которые можно объединять в стек не только по интерфейсам 10G Ethernet, но и по интерфейсам 40G Ethernet. Это, например, продукты компании Extreme Networks. В этом случае удаление коммутаторов друг от друга определяется характеристиками модулей QSFP. Для модулей QSFPSR дальность составляет 100 м, но уже появляются модули QSFP-LR, способные работать на расстоянии до 10 км.

 

Расстояние стеку не помеха

Объединение коммутаторов в стек давно зарекомендовало себя как удобный и экономичный способ увеличения количества портов по мере необходимости — вместе с развитием сетевой инфраструктуры.

Технология стекирования коммутаторов, как известно, позволяет объединить несколько самостоятельных устройств в единое «виртуальное» устройство. Такой «виртуальный» коммутатор обладает, как правило, всеми характеристиками одиночного: общий IP-адрес, единый файл конфигурации, общая настройка и синхронизация протоколов и сервисов для всего стека.

Объединение нескольких коммутаторов в стек, например с использованием технологии Virtual Chassis Stacking (VCStack), дает несколько преимуществ при построении современных сетей:

  • возможность использовать коммутатор как в составе стека, так и отдельно — в зависимости от меняющейся топологии сети;
  • управление всем стеком как одним устройством; • агрегация каналов (LAG) с разных устройств в стеке;
  • отсутствие необходимости использовать протоколы контроля топологии хSTP и VRRP;
  • упрощенный дизайн сети и, как следствие, простота конфигурирования — что снижает стоимость владения и время простоя при авариях.

Для объединения в стек используются специальные выделенные высокоскоростные порты, с помощью которых коммутаторы объединяются в кольцо для большей надежности, образуя общую стековую шину. Обычно коммутаторы стека располагаются на небольшом расстоянии друг от друга, так как стандартно применяются медные стековые кабели.

Однако с помощью оптических линий связи и стековых портов, куда устанавливаются стандартные модули 10G SFP+, ограничения по расстоянию между коммутаторами в стеке можно преодолеть. Данная технология получила название VCStack Long Distance (LD-VCS). В дополнение к преимуществам обычного стека VCStack, разнесенный стек LD-VCS позволяет отказаться от использования маршрутизации даже в опорной сети. Сама же опорная сеть, образованная коммутаторами в стеке, может быть территориально распределена между зданиями (см. Рисунок 2) или районами. Таким образом, уровни агрегации и ядра фактически образуют единый уровень с помощью территориально распределенного стека, что еще более упрощает настройку и управление.

Все это расширяет область применения стека для городских и университетских сетей, а также любых сетей, где требуется обеспечить надежность и простоту, несмотря на расстояние.

Михаил Гинодман — инженер по решениям компании Allied Telesis.

 

 

Рисунок 2. Разнесенный стек в кампусных сетях.
Рисунок 2. Разнесенный стек в кампусных сетях.

 

Отдельная область применения — построение горизонтальных стеков в ЦОД. Они формируются путем объединения в логически единую систему коммутаторов, устанавливаемых в соседних монтажных стойках. В этом случае значительной дальности передачи не требуется, а вот скорость внутристекового соединения желательно, чтобы была побольше, поскольку в ЦОД на уровне доступа уже начинают применяться каналы 10G. Для решения этой задачи разработаны специальные кабели. Так, при использовании такого кабеля максимальная пропускная способность стека из коммутаторов Extreme Summit X650 составляет 512 Гбит/с! Правда, при этом они могут быть удалены друг от друга только на 3 м. При увеличении расстояния скорость внутристекового соединения снижается.

Пожалуй, именно построение распределенных стеков с функционалом «виртуального шасси» является одним из самых интересных применений устройств такой архитектуры. При этом заказчик получает все преимущества стека, не теряя основных достоинств шасси.

Александр Барсков — ведущий редактор «Журнала сетевых решений/LAN». С ним можно связаться по адресу: ab@lanmag.ru.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями

Купить номер с этой статьей в PDF