10-гигабитный ethernet

Агрегация каналов: сетевые коммутаторы от 2500 руб

Основным элементом для агрегации каналов является сетевой коммутатор, который должен поддерживать эту функцию. В большинстве домашних сетей существует лишь коммутатор, встроенный в маршрутизатор — это его порты LAN. Зачастую они не могут соединяться друг с другом.

Эту возможность обеспечивают только современные маршрутизаторы топ-класса, такие, как ASUS RT-AC5300 или Netgear Nighthawk X10 (цена каждого – от 20 000 рублей). Однако всего за 2500 рублей доступны LAN-коммутаторы с 8 портами и возможностью агрегации каналов (например, TP-Link TL-SG108E или Netgear Gs108E), которые можно переключать между маршрутизатором и объединяемыми в сеть устройствами (см. схему справа).

Принципиальная особенность: коммутатор должен быть управляемым (т. е. требуется веб-интерфейс для его настройки, а установленная в нем прошивка должна обеспечивать возможность соединения портов). Указанием на это является один из терминов «Link Aggregation», «Port Trunking», «LACP» или «802.3ad» в техническом описании.

Компьютеры или устройства, которые должны подключаться со скоростью в несколько Гбит/с, должны иметь соответствующее число LAN-портов, а также возможность настройки на программном уровне. Мы протестировали два сценария, используя коммутатор Netgear GS110TP. В первом сетевой накопитель NAS соединен с коммутатором через два LAN-порта, таким образом каждый из двух ПК может загружать данные из NAS-хранилища с полной гигабитной скоростью.

Этот вариант представляет собой целевое применение агрегации каналов и работает относительно беспроблемно. При втором варианте мы сконфигурировали ПК с двумя LAN-портами так, что данные можно было загружать из NAS со скоростью 2 Гбит/с. Этот довольно сложный способ предполагает совершенно определенные виды передачи данных и часто (но не всегда) обеспечивает удвоенную скорость.

Ethernet 10 Гбит и SFP+

В профессиональной области 10-гигабитный стандарт уже более десяти лет образует основу инфраструктуры в вычислительных центрах. Вариант с медными кабелями под названием «10GBase-T» делает ставку на те же самые разъемы RJ-45, как и гигабитная локальная сеть LAN, однако для него требуются экранированные (как минимум Cat. 6) кабели и дорогое оборудование: сетевая карта, например, Intel X540-T1 стоит около 22 000 руб., самый дешевый коммутатор с двумя портами 10GBase-T (ASUS XG-U2008) примерно столько же. NAS-накопители с поддержкой данного стандарта стоят от 50 000 руб.

Профессиональная картаБлагодаря сетевой карте HP NC523SFP компьютер дополнительно оснащается двумя интерфейсами SFP+

Более доступным является стандарт «SFP+». Он описывает компактное модульное приемо-передающее устройство, используемое в кабельных сетях и рассчитан как на медные, так и гораздо более дорогие оптоволоконные кабели. Оба варианта обеспечивают передачу данных со скоростью 10 Гбит/с: медные кабели на расстояние 50-100 метров, оптоволокно — до нескольких километров. Маршрутизатор Netgear Nighthawk X10 оснащен одним портом SFP+. С помощью модуля SFP+ Direct Attach Copper Cable (около 2500 руб.) к нему можно подключить NAS-накопитель.

How to Tell if a Network Supports Gigabit Ethernet

Network devices provide the same RJ-45 connection type whether their Ethernet ports support 10/100 (Fast) or 10/100/1000 (Gigabit) connections. Ethernet cables are often stamped with information about the standards they support, but they do not indicate whether the network is actually configured to run at that rate.

To check the speed rating of an active Ethernet network connection, find and open up the connection settings on your computer. In Windows 10, for example:

1. Open the Windows Control Panel.

2. Select Network and Internet.

3. Select View network status and tasks.

4. Select Ethernet to open the status window and view the speed.

Стандарты

За годы существования рабочей группы IEEE 802.3 был опубликован ряд стандартов, относящихся к 10GbE.

WAN PHY (10GBASE-W)

At the time that the 10 Gigabit Ethernet standard was developed, interest in 10GbE as a wide area network (WAN) transport led to the introduction of a WAN PHY for 10GbE. The WAN PHY encapsulates Ethernet packets in SONET OC-192c frames and operates at a slightly slower data-rate (9.95328 Gbit/s) than the local area network (LAN) PHY.

The WAN PHY uses the same 10GBASE-S, 10GBASE-L and 10GBASE-E optical PMDs as the LAN PHYs and is designated as 10GBASE-SW, 10GBASE-LW or 10GBASE-EW. Its 64b/66b PCS is defined in IEEE 802.3 Clause 49 and its PMD sublayers in Clauses 52. It also uses a WAN Interface Sublayer (WIS) defined in Clause 50 which adds extra encapsulation to format the frame data to be compatible with SONET STS-192c.

The WAN PHY was designed to interoperate with OC-192/STM-64 SDH/SONET equipment using a light-weight SDH/SONET frame running at 9.953 Gbit/s.

The WAN PHY can drive maximum link distances up to 80 km depending on the fiber standard employed.

Простой и удобный коммутатор для малых сетей

При проектировании небольших сетей начального уровня встаёт дилемма:

• с одной стороны, нет смысла вкладывать средства в универсальное решение на все случаи жизни потому что на данном этапе не до конца понятно: будет ли развиваться данная инфраструктура, если будет, то в каком направлении;

• с другой стороны, закладываться исключительно в рамках узкого решения, без учёта роста, без возможности манёвра — обычно это означает потратить деньги впустую, потому что со временем всё равно придётся что-то менять.

Решить эту задачу с учётом развития помогают модульные решения. Так один коммутатор вначале является единственным для ИТ инфраструктуры, а впоследствии, после появления в сети уровня агрегации — становится одним из многих коммутаторов уровня доступа.

С другой стороны, если ИТ инфраструктура так и не получит развития, то и затраты на неё должны быть минимальны. Поэтому простота управления и прозрачность настройки приветствуются.

Коммутатор Zyxel XGS1010-12 как раз и призван разрешить данное противоречие. Несмотря на небольшое количество портов, это действительно универсальное решение:

• 8 портов (с 1 по 8) Gigabit Ethernet;

• 2 порта (9 и 10) с поддержкой 2.5Gbps;

• 2 порта (11 и 12) — 10 Gigabit Ethernet SFP+.

Например, можно подключить 9 пользователей на рабочих станциях и ноутбуках через витую пару, 1 принт-сервер тоже через витую пару, дополнительно повесить 2 точки доступа с подключением по витой паре к портам 9 и 10 со скоростью 2.5Gbps, а для Uplink использовать порты 11 и 12 с подключением по оптоволокну через трансивер.

Рисунок 3. 12-портовый неуправляемый мультигигабитный коммутатор Zyxel XGS1010-12 с 2 портами 2.5G и 2 портами 10G SFP+

В Zyxel XGS1010-12 интересно решён вопрос QoS и приоритетов — за счёт задания характеристик портов на аппаратном уровне.

Из 8 гигабитных портов:

• порты 7 и 8 имеют максимальный приоритет;

• порты 5 и 6 — средний приоритет;

• остальные порты с 1 по 4 имеют обычный, то есть низкий приоритет.

Чтобы задать приоритет трафика, достаточно подключить патчкорд в нужный порт. Довольно простое решение, позволяющее обойтись без дополнительных настроек.

Рисунок 4. Распределение портов Zyxel XGS1010-12.

Не только для Wi-Fi

Передача данных с более высокой скоростью требуется не только для более быстрых соединений точек доступа, но и для обеспечения более быстрых Uplink между коммутаторами уровня доступа и уровня агрегации по старым линиям категории 5E.

Не секрет, что коммутаторы уровня доступа порой располагаются на некотором удалении от центральной ИТ-инфраструктуры. Например, если на каждом этаже имеется свой кроссовый шкаф, то, чтобы объединить коммутаторы в этих шкафах в единую сеть без дополнительных затрат на прокладку оптоволоконных кабелей или витой пары более высокой категории — тут мультигигабитные коммутаторы придутся весьма кстати.

Для уровня агрегации такой разносортной сети неплохо подойдёт Zyxel NebulaFlex Pro XS3800-28

Примечание. Возможно управление через централизованную облачную платформу Zyxel Nebula.

Рисунок 7. 28-портовый управляемый коммутатор Zyxel NebulaFlex Pro XS3800-28 10GbE L3 Lite

Zyxel NebulaFlex Pro XS3800-28 имеет:

• 16 портов SFP+ 10G,

• 8 портов Multi-Gigabit combo (100M/1G/2.5G/5G/10G) RJ‑45/(1G/10G) SFP+,

• 4 порта 100M/1G/2.5G/5G/10G Ethernet (RJ‑45).

Это позволяет реализовать уровень агрегации, что называется, по максимуму, подключая коммутаторы уровня доступа как через привычный интерфейс SFP+ по «оптике» или витой паре через соответствующие трансиверы, так и через «бюджетный» вариант, когда доступно только подключение через проложенную витую пару категории 6 или даже 5Е.

Рисунок 8. Распределение портов Zyxel NebulaFlex Pro XS3800-28 10GbE L3 Lite.

Соответственно, используя функцию агрегирования портов 10GBE, можно обеспечить Uplink до уровня ядра сети.

Примечание. На начальном этапе развития сетевой инфраструктуры Zyxel NebulaFlex Pro XS3800-28 может выступить в качестве ядра сети. Достаточное количество портов 10GBE позволяет использовать его в этой роли для небольшой ИТ инфраструктуры.

_____________

Прогресс не стоит на месте, а природа не терпит пустоты. Поэтому любая технологическая ниша рано или поздно заполняется. Если какие-то технологии сосуществуют вместе, то рывок одной из них неизбежно потянет вперёд и другую.

Перед принятием решения о выборе сетевого оборудования, будет не лишним на всякий случай заглянуть на сайт производителя. Возможно, когда вы читаете эти строки, уже вышел новый стандарт, новое оборудование и другие новшества, которые нужно учитывать в своей работе.

Приглашаем в телеграм-чат Zyxel Клуб: консультации с практикующими специалистами Zyxel, техническая поддержка, общение.

А еще у нас есть форум для технических специалистов. Добро пожаловать!

Hello, habr!

девайс

• xgmii_rxc — набор контрольных сигналов.
• xgmii_rxd — набор сигналов данных (разбито на байты для удобства).
• IDLE — сигналы отсутствия передачи пакета.
• PREAMBLE — преамбула, обозначает начало передачи пакета.
• L2_HDR — заголовок 2 уровня: Ethernet.
• L3_HDR — заголовок 3 уровня: IP.
• L4_HDR — заголовок 4 уровня: UDP.
• MSG — наше сообщение («Hello, habr!»).
• PAD — заполнение. Присуствует в пакете, если изначальная длина полезной нагрузки была меньше 60 байт.
• FCS — проверочная сумма пакета. По ней можно определить, побился пакет во время пересылки, или нет.
• TERM — сигнал окончания передачи пакета.

IDLEPREAMBLETERMP.S.des333paulig

История

• 18 июля 2006 на пленарном собрании, проходящем в Сан-Диего, рабочая группа IEEE 802.3 проявила интерес к созданию стандарта.
• В сентябре 2006 года состоялось первое заседание инициативной группы HSSG (Higher Speed Study Group).
• В ноябре 2007 года состоялось последнее заседание инициативной группы.
• 5 декабря 2007 года инициативная группа разработчиков стандарта формально начала разработку P802.3ba.
• В январе 2008 года состоялось первое заседание инициативной группы P802.3ba.
• В марте 2009 года IEEE 802.3 выпускает бюллетень для рабочих групп.
• В ноябре 2009 года IEEE LMSC выпускает бюллетень для спонсорских организаций.
• В январе 2010 года состоялось первое заседание группы, разрабатывающей 40-гигабитный Ethernet использующий одномодовое оптическое волокно PMD.
• 25 марта 2010 группа P802.3bg принимает стандарт на 40 Гбит/с одномодовое PMD-волокно.
• 17 июня 2010 — принятие стандарта IEEE 802.3ba.

Даты выхода черновых версий решений рабочей группы P802.3ba:

• Черновая версия 1.0 — 1 октября 2008.
• Черновая версия 1.1 — 9 декабря 2008.
• Черновая версия 1.2 — 10 февраля 2009.
• Черновая версия 2.0 — 12 марта 2009 (избирательно, для бюллетеня рабочих групп).
• Черновая версия 2.1 — 29 мая 2009.
• Черновая версия 2.2 — 15 августа 2009.
• Черновая версия 2.3 — 14 октября 2009.
• Черновая версия 3.0 — 18 ноября 2009 (избирательно, для бюллетеня спонсорских групп).
• Черновая версия 3.1 — 10 февраля 2010.
• Черновая версия 3.2 — 24 марта 2010.

Итоговая версия стандарта принята 17 июня 2010 под номером IEEE 802.3ba-2010.

Классический Ethernet

Классическая технология Ethernet давно и успешно заменена новыми технологиями, но некоторые нюансы работы сохранились. Рассмотрим классическую версию.

Физический уровень включает в себя 3 варианта работы Ethernet, которые зависят от сред передачи данных.

Это:

• коаксиальный кабель
• витая пара
• оптоволокно

Канальный, в свою очередь, включил методы доступа, а также протоколы, что ничем не отличаются для различных сред передачи данных. Подуровни LLC и MAC в классической технологии присутствуют вместе.

MAC-адреса позволяют идентифицировать устройства, подключенные к сети Ethernet. Идентичных адресов при этом быть не должно. В противном случае из нескольких устройств с одинаковыми MAC будет работать только одно.

По типам MAC-адреса разделяются на:

• Индивидуальные (для отдельных компьютеров).
• Групповые (для нескольких компьютеров).
• Широковещательные (для всех компьютеров сети).

Адреса могут назначаться как производителем оборудования (централизованно), так и администратором сети (локально).

Технология Ethernet и формат кадра

Технология Ethernet и формат кадра

Также не стоит забывать о коллизиях. Если сигнал, который принят, отличается от переданного, это означает, что произошла коллизия.

Технология CSMA/CD разработана с учетом возникновения коллизий и предполагает их контроль. Модель CSMA/CD выглядит следующим образом:

CSMA/CD выглядит следующим образом

Классический Ethernet плох тем, что становится неработоспособным при нагрузке более чем 30%.

Настройка агрегации каналов на ПК

То, что выполняется на NAS-накопителе с помощью пары кликов, должно быть так же просто реализовать на ПК. Во всяком случае, так считают. С точки зрения аппаратных средств существуют многочисленные материнские платы с двумя LAN-портами, или платы с возможностью установки второй сетевой карты со скоростью 1 Гбит/с за небольшие деньги. С точки зрения программного обеспечения это становится сложнее: изначально эта функция поддерживалась в Windows 10. Но после обновления осенью 2015 года, утилиты для этого хотя и существуют, однако больше не работают. Это также относится к сетевым драйверам Intel, с помощью которых агрегация каналов может быть настроена альтернативным способом.

Поэтому мы установили на игровом ПК с процессором Skylake и двумя сетевыми разъемами ОС Ubuntu, в которой может быть настроена агрегация, в мире Linux называемая «Port Trunking». Для этого мы сначала деактивировали менеджер сетей Ubuntu, а потом настроили агрегацию портов с помощью файла конфигурации Linux («/etc/network/interfaces»). По правде говоря, мы испытывали разные варианты из Интернета, до тех пор, пока технология не заработала на нашем тестовом ПК, поскольку документация по теме довольно скудна и зачастую противоречива.

Наша успешная комбинация состоит из четырех определений интерфейсов, каждый из которых начинается с «auto…»: сначала указывается важное для системы устройство закольцовывания, в котором нельзя ничего изменить. В этом случае определяются, но не активируются, оба физических LAN-порта

Это происходит только в определении «bond0» указанного интерфейса агрегации каналов. Большинство записей предназначены для конфигурирования IP-настроек в ручном режиме, режим подключения указывается с помощью строки «bond-mode». Режим 4 предназначен для соединения по стандарту «802.3ad» и обеспечивает максимальную скорость до 1628 Мбит/с.

Альтернативным образом работает режим 0 («Balance-rr», то есть тот же самый режим, что и в NAS-накопителе), однако только со скоростью 1202 Мбит/с. Для сравнения: скорость передачи данных по отдельной гигабитной линии составляет 912 Мбит/с. Отказоустойчивость является положительным сопутствующим эффектом: во время передачи данных можно отключить один из двух разъемов — связь не обрывается, лишь вдвое падает скорость.

Однако есть как минимум одна загвоздка: обе линии используются только в том случае, если по FTP одновременно передаются два файла (в меню настроек Filezilla: «Передачи | Максимум одновременных передач: 2»). При повышении этого значения скорость очень быстро уменьшается

Кроме того, необходимо обращать внимание на то, чтобы между ПК и NAS-сервером отсутствовала любая другая связь (например, открытый веб-интерфейс NAS, SSH-соединение), так как даже минимальная загрузка линии приводит к тому, что обе передачи данных осуществляются только по одной линии вместо двух

Дополнительное разочарование: скорость в ходе экспериментов с SMB-протоколом, который использует Windows для удаленного доступа к файлам, была значительно медленнее, чем по одной гигабитной линии. Все это демонстрирует малую вероятность того, что режим агрегации каналов в Windows мог бы функционировать быстро и без проблем, так как система Microsoft сохраняет контрольные и иные соединения.

Наш вывод в отношении агрегации каналов: процесс хорошо подходит для эффективного соединения NAS-сервера с несколькими гигабитными клиентами. В качестве быстрого соединения NAS с клиентом он является трудоемким и имеет много подводных камней. Для этого потребовалась бы принципиально более быстрая сетевая технология.

SFP+ как новый 10-гигабитный стандартМаршрутизатор Netgear Nighthawk X10 оснащен интерфейсом SFP+, таким образом, к нему можно подключить устройство со скоростью передачи данных 10 Гбит/с. Два его гигабитных LAN-порта объединяются посредством агрегации каналов.

Виды Ethernet

Видов Ethernet существует огромное количество, но в основном они делятся по скорости передачи данных.

Примечание: Небольшое пояснение по поводу типов кабелей (коаксиальный, витая пара, оптоволокно) и соответствующего оборудования, как было сказано ранее. Дело в том, что рамках одной и той же скорости могут быть разные стандартны под разные типы кабелей и оборудования. Тем не менее, обычно принято делить по скорости.

1. Ранние модификации со скоростью до 3 Мбит/с. В нынешнее время не используются.

2. 10 Мбит/с. Раньше повсеместно использовались для организации локальных сетей и передачи данных через Интернет.

3. 100 Мбит/с (Быстрый Ethernet, Fast Ethernet). Наиболее распространенный вариант в нынешнее время. В основном используется для домашних и локальных сетей, а так же предоставления доступа в Интернет провайдерами.

4. 1 Гбит/с (Гигабитный Ethernet, Gigabit Ethernet). Данные технологии уже поддерживают нынешние компьютеры. Однако, в домашних и локальных сетях такое не часто можно встретить. Большее же применение — это провайдеры и дата центры (специальные места, где располагаются сервера).

5. 2,5 — 5 Гбит/с (NBASE-T, MGBASE-T). Некое промежуточное звено между 1 Гбит и 10 Гбит (кстати, появился позже обоих). Предназначен для серверов.

6. 10 Гбит/с (10G Ethernet). Используется только Интернет провайдерами.

7. 40 — 100 Гбит/с. Такие стандарты были созданы еще в 2010-х и используются в магистральных сетях.

Стоит так же знать, что некоторые сетевые карты могут поддерживать несколько технологий одновременно. Например, если на карточке написано 10/100 Mbit Ethernet и некоторые буквы и цифры, то это означает, что карточка может передавать со скоростью как 10 Мбит/с, так и 100 Мбит/с, и поддерживает определенные стандарты (это те буквы и цифры).

Примечание: Советую ознакомиться с обзором про IP-адрес, так как IP протокол передается внутри Ethernet (как более высокоуровневый протокол обмена данными) и с помощью него происходит обмен данными в интернете. Еще неплохой и полезный для пользователей обзор — это устройство DNS, где объясняется как обычные компьютеры находят сайты в Интернете.

Теперь, вы знаете что такое Ethernet и некоторые его особенности.

• Что такое рендер?
• Что такое fps в играх?

Выбираем коммутатор

Выбор коммутатора – то, с чего нужно начинать. Конечно, сразу хочется посмотреть в сторону любимого вендора. И если финансы позволяют, выбор очевиден. А если нет? Тогда есть два варианта: идем на eBay или смотрим предложения российской розницы. Здесь будет полезен маркет на nag.ru. Одна из последних находок – коммутатор NetGear на 8 портов стоимостью менее $85 за порт.

Обязательно проверяем находку по форумам – я рекомендую smallnetworkbuilder и reddit

Обращаем внимание на функции, которые коммутатор поддерживает. Не забываем и про такую особенность, как уровень шума, – особенно если выбираем коммутатор для дома

Коммутатор NetGear на 8 портов

Если мы выбрали коммутатор с RJ-45 портами, тут все просто: мы ограничены расстоянием в 55 метров с кабелями Cat6 и в 100 метров – с Cat6A. В этом случае используем привычные RJ-45 разъемы, изучаем плюсы и минусы 10GBASE-T и радуемся. Такие коммутаторы подходят для ToR (top-of-the-rack) – использования внутри стоек, когда нет нужды в длинных линках.

Если же мы получили коммутатор в SFP+ портами, то нужно выбрать трансиверы.