Network World, США

Какой из сетевых коммутаторов можно назвать самым большим и быстрым? Ответ на этот вопрос зависит от того, что именно вы подразумеваете под словами «большой» и «быстрый».

Производители сетевых коммутаторов Ethernet, такие как 3Com, Force10, Cisco, Extreme, Foundry и HP ProCurve, постоянно гонятся за наилучшими показателями производительности, плотности размещения и задержки передачи. Однако решения, предлагаемые ныне этими поставщиками, основаны на технологиях, средний возраст которых составляет три года. Дерзкие новички, такие как компании Raptor Networks и Woven Systems, имеют свежий взгляд на строительство «самого большого» коммутатора Ethernet. Их подход отличается от ориентации на единое мощное шасси: он нацелен скорее на архитектуру кластерных суперкомпьютеров или сетевых технологий InfiniBand.

Максимальная скорость передачи Ethernet, ограниченная текущим стандартом 802.3ae, составляет 10 Гбит/с. Отдельный порт не может работать на скорости, превышающей указанную. Другие способы оценки мощности коммутатора заключаются в установлении пропускной способности коммутационной матрицы и плотности портов, которую поддерживает шасси или все устройство. Они-то и определяют производительность портов. Латентность (время, необходимое коммутатору для обработки пакета), а также неравномерность потока, которая свидетельствует о флуктуациях латентности, — вот факторы влияния на производительность коммутатора.

«Все имеющиеся продукты обеспечивают на отдельном порту скорость передачи, соответствующую возможностям канала связи, — отмечает Дэвид Ньюман, президент фирмы Network Test и член группы Test Alliance издания Network World. — Вопрос состоит лишь в том, сколько именно портов смогут одновременно поработать на скорости канала связи, прежде чем пакеты начнут отбрасываться».

В соответствии с опубликованными спецификациями самыми крупными корпоративными коммутаторами уровня ядра сети являются E1200 компании Force10, линейка RX от Foundry, Catalyst 6500 фирмы Cisco и BlackDiamond производства Extreme. Сравнение спецификаций позволяет назвать коммутатором наибольшей емкости RX-16 производства Foundry. Он может обслуживать 64 порта 10G Ethernet на полной скорости и до 192 портов 10G на шасси в режиме перегрузки (когда общая пропускная способность на всех портах превышает возможности коммутаторов). E1200 TeraScale компании Force10 обслуживает 56 портов 10G либо 224 порта 10G в режиме перегрузки. BlackDiamond 10808 фирмы Extreme поддерживает 48 неблокирующих портов 10G. А Catalyst 6513 от Cisco обслуживает 32 соединения 10G Ethernet, работающих в полнодуплексном режиме.

Важнее латентность

Black Diamond 10808 фирмы Extreme активно используется в сетях MetroEthernet«Полагаю, что более полезной метрикой, чем пропускная способность, является латентность, — заявил Ньюман. — С этой точки зрения наилучшие показатели имеют решения Cisco». Ньюман пояснил, что у Cisco Catalyst 4948 данный показатель составляет примерно 3 мкс на скорости 10 Гбит/с. «Это — наименьшее значение, которое мне удалось зарегистрировать, — отметил Ньюман. — Force10 получил в лучшем случае двузначные показатели (в микросекундах задержки), что означает тысячи задержек пакетов».

Показатели задержек коммутаторов S-series (последней разработки Force10, которую Ньюман еще не тестировал) находятся в диапазоне 200–300 нс. Это на несколько порядков лучше 3 мкс, обеспечиваемых продуктом Cisco. Данный показатель выявлен при определении характеристик продукта компанией The Tolly Group, специализирующейся на тестировании сетевого оборудования. Но отметим, что спонсором тестов стала сама Force10.

Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли Департамента энергетики США использует коммутаторы производства Force10 и Cisco в собственном центре обработки данных и ядре сети. «Трудно указать, какой из этих продуктов самый быстрый или самый производительный, — говорит Майк Беннетт, старший сетевой инженер подразделения LBLnet Services Group. — Дело в том, что коммутаторы применяются в разных приложениях. Я тестировал Catalyst 6500 с двумя портами, работающими на скорости 10 Гбит/с, и E1200 компании Force10 с двумя портами 10 GE, и ни один из продуктов не был перегружен. Отбрасывания пакетов не происходило».

В Lawrence Livermore National Laboratory, также являющейся подразделением Департамента энергетики, команда сетевых специалистов присматривается к архитектуре коммутаторов следующего поколения. Они должны вывести сеть Ethernet на уровень пропускной способности и задержек, характерный для сетей хранения. «Мы изучаем машины следующего поколения, в которых все показатели должны быть улучшены в 10 раз, — сообщил Дэйв Вильциус, руководитель сетевого подразделения лаборатории. — Все наши системы будут работать на скорости 10 Гбит/с, поэтому мы подыскиваем коммутатор или коммутационный блок, способный обеспечить работу 2 тыс. портов 10 GE. Нас интересует построение единой коммутационной среды, основанной на топологии «плоского дерева».

Топология, о которой говорит Вильциус, предполагает наличие ячеистой неблокирующей коммутационной архитектуры, похожей на традиционную телефонную сеть общего пользования. В ней коммутаторы являются простыми устройствами с ограниченным количеством портов подключения, связанных множественными маршрутами.

Одной из техник, которые Вильциус уже применяет для достижения нужного эффекта «плоского дерева», является агрегирование портов, или хеширование на 2-ом сетевом уровне (несколько каналов Gigabit или 10 GE объединяются в общий виртуальный поток). Связка коммутаторов воедино или привязка серверов к коммутаторам с помощью хешированных Ethernet-каналов дает более высокую виртуальную пропускную способность, но такое объединение ограничено восемью портами (до 80 Гбит/с с восемью хешированными каналами 10 GE). В этом методе применяется алгоритм, случайным образом посылающий пакеты в связное соединение. Получается неравномерное распределение, связанное со случайной природой алгоритма, который не обязательно предполагает наилучшее использование доступной емкости канала связи.

Молодые и нестандартные

Сравнение спецификаций позволяет назвать коммутатором с наибольшей емкостью портов модель Foundry RX-16Несколько молодых компаний стараются решить проблему ограничений технологий коммутации. Среди них следует отметить Arastra, занимающуюся маршрутизацией, и Woven Systems, которая в полузакрытом режиме разрабатывает продукт на базе реализации ячеистой технологии в Ethernet. «Мы всего-навсего пытаемся реализовать наилучшие функции Fibre Channel/InfiniBand в коммутационном блоке 10G Ethernet», — пояснил Гарри Квакенбосс, президент и исполнительный директор Woven.

Подход, выбранный Woven, похож на продолжение тенденций перехода на распределенные, кластерные вычисления. При них большие серверы с поддержкой симметричной многопроцессорности (SMP) заменяются одно- или двухъядерными процессорными узлами, которые связаны друг с другом по сети. «То же самое происходит с коммутацией в локальной сети центра обработки данных, лишь с поправкой на масштабирование, — пояснил Квакенбосс. — Большие сетевые коммутаторы дороги, но самым крупным неблокирующим коммутатором, который можно приобрести для приложений уровня центра обработки данных, является 64-портовая система Foundry».

Woven ориентируется на второй сетевой уровень Gigabit и 10G Ethernet коммутаторов центров обработки данных, в которых используются специальные алгоритмы, позволяющие устройствам в некотором смысле эмулировать сети InfiniBand или Fibre Channel. «Между коммутаторами в коммутационном блоке можно организовать несколько маршрутов. Это позволяет распределять пропускную способность между маршрутами с большей динамикой, поскольку потоки трафика не закрываются, как в обычном Ethernet, основанном на протоколе исключения дублирующих маршрутов», — отметил Квакенбосс.

«Если вы планируете построить сеть более чем из двух коммутаторов, то можно прибегнуть к агрегированию каналов или транкингу для объединения групп сегментов Ethernet, — пояснил он. — Однако если вы хотите разместить в сети три или больше коммутаторов, один из них станет «узким местом». Для создания многомаршрутных сетей могут применяться коммутация на уровне 3 и протоколы, подобные OSPF и ECMP, но эти методы увеличивают совокупную стоимость владения системой. Согласно исследованиям IDC, порты с коммутаций на 3-ем сетевом уровне стоят примерно в пять раз дороже, чем порты с поддержкой коммутации 2-го уровня. «Подключение портов одного устройства к нескольким портам других устройств в коммутационном блоке облегчает переконфигурацию серверов», — также отмечает Квакенбосс.

«Руководители центров обработки данных предпочитают динамически перенастраивать приложения и серверы без их физического перезапуска», — заявил он. Организация соединений в центрах обработки данных на основе многомаршрутного Ethernet на 2-ом сетевом уровне помогает достичь этого.

Компания Raptor Networks выпускает коммутаторы Gigabit и 10 Gigabit Ethernet фиксированной конфигурации, связываемые друг с другом для формирования ячеистого коммутационного блока. Вместо того чтобы фокусироваться на высокоемких центрах обработки данных, оборудование Raptor ориентировано на центральные устройства локальных сетей и агрегирование трафика в коммутационных шкафах. «Мы обеспечили возможность выполнения требуемых функций на уровне L2, когда как остальные делают это на L3», — отметил исполнительный директор Raptor Networks Том Виттеншлагер.

Компания, которой исполнилось три года, выпускает недорогие коммутаторы 10 GE фиксированной конфигурации с 24 портами Gigabit и шестью портами 10 GE с суммарной производительностью 160 Гбит/с. Моноблочные устройства поддерживают коммутацию на 2–4 сетевых уровнях и реализуют закрытую модификацию 10 GE. Она позволяет соединять устройства в многомаршрутную ячеистую сеть на 2-ом сетевом уровне без использования протокола STP: коммутаторы объединяются посредством протокола Raptor Adaptive Switch Technology (RAST). Он соединяет коммутаторы способом, похожим на тот, каким модули в шасси коммутатора подключаются к системной или коммутационной плате. Виттеншлагер заявляет, что технология позволяет передавать пакеты по сети из четырех коммутаторов Raptor (каждый пакет перемещается между портами 10G Ethernet восемь раз между четырьмя устройствами) с задержкой 6,48 мкс.

При этом каждый коммутатор Raptor выступает в роли «лезвия» (blade-модуля), позволяя трафику перемещаться между коммутаторами очень быстро и с малыми задержками.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями