Подробнее о пропускной способности
Скорость передачи данных — критически важный показатель любого коммерческого сетевого оборудования. Причем пользователи смотрят не только на красивые цифры, но и реальные возможности устройств.
В настоящее время технологии Ethernet позволяют передавать информацию на скорости от 100 Мбит до 100 Гбит/с с помощью различных программных и аппаратных ухищрений. Какое значение имеют все эти 1G/10G/25G/40G/100G применительно к портам коммутации? Весьма важное.
Стандарты Ethernet
Если вы следите за сетевой индустрией, то наверняка сталкивались с тем, что пропускная способность для Ethernet указывается по схеме: низкое значение / среднее значение / максимальное значение. Например, (10/100/1000) для Gigabit Ethernet.
Для чего нужна такая маркировка, и почему бы производителю просто не указать потолок скорости?
На самом деле все довольно просто: эти параметры указывают на способность сетевых устройств передавать биты по одному и тому же сетевому кабелю с разной скоростью в зависимости от выбранных настроек. Для Ethernet используют кабель типа «витая пара» (UTP, состоящая из 8 проводов (4х2), где каждая пара маркируется своим цветом и скручена в тандем. Пропускная способность кабеля также указывается в маркировке.
Сетевому кабелю в пределах его пропускной способности совершенно безразлично, что и как передавать. За «переключение скоростей» внутри роутеров и коммутаторов отвечают контроллеры и процессоры. И вот от них уже зависит, станет ли оборудование передавать трафик на 10 Гбит/с, или будет лениво гонять пакеты на 100 Мбит.
Для сетевых устройств разработаны следующие стандарты скорости:
- Fast Ethernet (10/100).
- Gigabit Ethernet (10/100/1000).
- 10G Ethernet (100/1000/10000).
- 40G Ethernet (40G BASE-T).
- 100G Ethernet (100GbE).
Эти градации обозначают, насколько скоростной трафик способен принять и передать порт устройства, и потому служат одним из характеризующих параметров. Расскажем об этих стандартах подробнее.
Fast Ethernet (10/100)
Технология Fast Ethernet — это общее название стандартов, которые передают данные на скорости от 10 до 100 Мбит соответственно. Иногда на коробке устройств, поддерживающих стандарт Fast Ethernet, можно встретить маркировку 100BASE-X, где X — способ реализации (для витой пары это 100BASE-T).
Gigabit Ethernet (10/100/1000)
Более современный вариант, способный разогнать трафик до 1 Гбит/с. Более известен как «гигабит по меди», или 1000BASE-T. В первую очередь порты Gigabit Ethernet актуальны для оборудования корпоративной среды, но на данный момент активно используется и в технике пользовательского сегмента. Оно и понятно: 4К/8К, стриминг, облачные вычисление и игровые серверы, домашние NAS-хранилища контента. Через пару-тройку лет сети 100 Мбит станут историей с таким подходом.
10G Ethernet (100/1000/10000)
Сравнительно недавний 10-гигабитный стандарт, также именуемый как 10GE/10GbE/10GigE (10GBASE-SR/LW/ZW). Примечателен, соответственно, своей пропускной способностью, которая крайне востребована в серверных и ЦОД.
Само собой, и передающее и принимающее оборудование в сети 10G должно обладать подходящими характеристиками, иначе расчетной скорости вы не добьетесь. Оборудованию потребуется не только 10-ти гигабитная сетевая карта и соответствующий драйвер. Серверный процессор должен быть способен обрабатывать такой поток данных, а оперативная память иметь необходимый резерв по объему. То же самое касается операционной системы прикладного ПО — оно должно быть способно работать с плотным трафиком.
40G Ethernet (40G BASE-T)
По сути, те же 10 Гбит, но умноженные на 4 смежных канала. То есть, для передачи информации задействовано 4 линии. А управляет движением данных специальный модуль MLD (Multilane Distribution). Его основная задача — распределение по множественным линиям.
Перспективный стандарт в индустрии. Спецификация 40GBASE-SR активно продвигается из-за своей экономичности. Для развертывания такой сети в LAN-режиме не требуется сверхдорогого оборудования и кабелей, прокладываемых на дальние расстояния. По сути, это самый дешевый вариант перебрасывать огромные пакеты данных.
100G Ethernet (100GbE)
Один из самых прогрессивных стандартов, разработанных с прицелом на ЦОД и точки обмена трафиком между независимыми операторами. Технология 100 Gigabit Ethernet применяется в сетях для ресурсоемких сервисов вроде YouTube, Tik-Tok и Facebook, а также для нужд машинного обучения, где ежесекундно производятся вычисления по несколько десятков, а то и сотен гигабайт.
Но и это не предел, поскольку те же ЦОД уже подумывают о переходе на 200/400 GbE, а там и до терабита недалеко. Другое дело, что для реализации последнего ученым придется изрядно поломать голову, внедрив лазеры на 1550 нм и модуляторы с частотой около 15 ГГц. Само собой, понадобятся и новые схемы модуляции, более совершенное оптоволокно и оборудование, способное все это переварить.
В 2020 году обсуждалась идея 800 Гбит/с, но по принципам, схожим с 40GbE (8 соединенных каналов по 100 GbE). Ждать чего-то кардинального нового пока не стоит.
Интерфейсы подключения и порты передачи данных
Уже несколько десятков лет самым распространенным типом разъема считается интерфейс RJ-45 на основе витой пары, но и помимо него создано достаточно много альтернативных вариантов подключения под различные цели и технические требования. Перечислим наиболее востребованные.
Порт RJ-45
Тот самый Register Jack, с помощью которого вы и подключаете сетевые девайсы по витой паре. Разъемы RJ-45 активно используют в ЦОД для соединения серверов между собой, создания локальных сетей, общения настольных коммутаторов. Этим же кабелем ПК знакомят с роутером. В качестве средства соединения выступает витая пара RJ-45 Ethernet Cat5/5e/6/6a.
Из основных характеристик отметим:
- Fast/Gigabit Ethernet.
- Автоматическое согласование скоростей.
- Полудуплексный/дуплексный режим.
- Определение полярности витой пары MDI/MDIX.
В общем, выжали максимум из существующей технологии. Но индустрия не стоит на месте, а потому на коммутаторах предусмотрены и другие, более скоростные, прогрессивные и «умные» разъемы, о которых и поговорим далее.
Порт SFP
Другие названия — mini-GBIC, оптический порт SFP. Интерфейс хорош тем, что поддерживает горячую замену, что критически важно в коммерческом оборудовании. Поддерживает следующие сетевые протоколы:
- Fast/Gigabit Ethernet.
- SDH (до 2.5 Gbit/s).
- Fibre Channel (до 8 Gbit/s).
Среднее значение по скорости для Ethernet через SFP — до 1 гигабит (SFP Gigabit Ethernet), для передачи данных по протоколу Fibre Channel — до 8 гигабит включительно (чаще до 4 гигабит). Такие разъёмы могут поддерживать как предназначенные для «дальних дистанций» восходящие и нисходящие потоки по оптоволокну, так и классическую медь (SFP Uplink-порты) для передачи сигнала на близкие расстояния с использованием специальных модулей.
Модули SFP имеют собственную классификацию по доступному расстоянию:
- Многомодовые (MM) — до 550 м.
- Одномодовые (SM) — от 20 до 150 км.
Такой подход позволяет собрать необходимую комбинацию под определенный тип соединения: оптика или витая пара.
Порт SFP Plus
Классический SFP всем хорош кроме одного — ему недоступны большие скорости, а точнее 10 Гбит/с и выше. Потому вполне логично было ожидать внедрение улучшенного стандарта, над названием которого думали недолго. И хотя разница в названии между SFP и SFP+ почти неощутима, на практике она очень велика и означает увеличение пропускной способности на целый порядок (до 10 Гбит/с).
Интерфейсы частично совместимы, но только в одну сторону. SFP+ допускают подключение оптических SFP-трансиверов, но скорость при этом будет снижена до 1 Гбит/с. А вот подключить трансиверы SFP+ к разъемам SFP уже не получится.
Есть и исключения среди производителей оборудования, когда техника не поддерживает совместимость сверху вниз, поэтому всегда уточняйте этот момент перед покупкой.
Порт SFP28
Еще одна итерация SFP, которая совершенно не отличается от предыдущих версий визуально. Другое дело, что разъем способен передавать до 25 Gbit/s по одной полосе. Это крайне энергоэффективное решение для построения разветвленных сетей 10/25/100G, позволяющее удовлетворить большинство запросов со стороны ЦОД малого и среднего класса.
Порт QSFP+
Пришел на смену стандартному QSFP, чтобы с успехом передавать трафик 10 Gbit/s по 4 каналам параллельно, развивая суммарно 40GbE. По своим функциональным особенностям это четырехконтактный порт, применяемый для коммутационного и серверного оборудования.
Порт QSFP28
Более мощная версия, ориентированная на сети 100G. При этом на один канал приходится пропускная способность до 25 Гбит/с, для того и разрабатывался. Это официальный стандарт, полностью соответствующий требованиям Ethernet 100G и 4XInfiniBand с повышенной пропускной способностью (EDR).
Различия по функционалу
Мы практически упустили из виду, что один и тот же порт (внешне) может выполнять совершенно разные либо смежные функции. Зачастую это относится к Ethernet, но периодически и SFP задействуют под несколько ролей, унифицируя возможности коммутаторов. Предлагаем разобраться и с этим моментом, поскольку некоторые вещи не так очевидны.Combo-порт
Комбинированный порт стоит рассматривать в качестве одного интерфейса, в котором скрываются сразу два. Яркий тому пример — RJ-45, дополненный функционалом SFP. И такой подход удобен, поскольку пользователь может подключать два разных физических коннектора. Проблема в том, что гнездо одно, так что два кабеля вставить не получится. Специфика работы следующая: если вставлен модуль SFP, медные контакты перестают работать. В случае подключения кабеля с коннектором RJ-45, перестает работать оптика.
Преимущество такого подхода в расширении спектра подключений на ограниченном пространстве самого устройства. Комбо-порты проще подстроить под различные домашние или корпоративные сети без использования переходников и прочих ухищрений.
Combo SFP
Здесь специфика работы уже иная. Порт по-прежнему имеет как электрическую, так и оптическую составляющую, но они логически мультиплексированы. Иными словами, при подключении RJ-45 можно создать соединение с другим устройством протяженностью до 100 метров, задействуя витую пару. Переключившись на оптику, длину магистрали можно существенно увеличить. Например, если подключаете два здания, или парочку соседних домов, где есть оборудование одного интернет-провайдера. Сигнал стабильный, и все довольны. Сетевые администраторы такой подход точно оценят.
Различия портов в сетевой архитектуре
Сетевая архитектура разделена на три уровня: доступа, агрегации, ядра. Порты коммутации также работают в согласии с теми же принципами.
Порт доступа (Access port)
Этот разъем предназначен для подключения к общей сети следующих типов устройств:- Настольные ПК.
- Принтеры.
- Сканеры/МФУ.
- Телевизоры, игровые консоли и так далее.
Доступ дается только по Access Link. Этот тип соединения предназначен для конечных устройств дальше которых данные не пойдут, и потому им не нужно добавление тэгов и другие операции, производимые коммутационным оборудованием над битами, чтобы упростить и структурировать их пересылку.
В режиме доступа Access port принадлежит к одной выделенной VLAN, передавая и получая непомеченные Ethernet-кадры. Порт доступа может принадлежать только к определенной VLAN — VLAN доступа. При получении кадров неподходящего типа, они сразу же отбрасываются.
Магистральный порт или Trunk port
Магистральный или иначе транковый порт задействуют либо для соединения между парой коммутаторов, либо для связи сетевого оборудования верхнего уровня, который находится в магистральном канале. Если вы запутались, то:- Транк — порт объединения.
- Access — порт подключения к конечному хосту.
Гибридный порт (Hybrid port)
Как понятно из названия, это смешанный тип интерфейса, разработанный для подключения коммутационных устройств 2-го уровня или пользовательской техники. Гибридный порт может получать и передавать данные из нескольких VLAN, как помеченных, так и непомеченных. По сути, это тоже транк, только с расширенной конфигурацией возможностей.
Надеемся, теперь всё стало понятно.
Заключение
Знание и понимание всех особенностей портов Ethernet позволит приобрести наиболее подходящее оборудование для домашних или коммерческих сетей. При выборе необходимо учитывать объем и направление бизнеса, а также нагрузки, возлагаемые на сеть в целом.
Если у вас все еще есть вопросы касательно сетевого оборудования — задайте их специалистам из Маркет.Марвел. Наши сотрудники подробно расскажут обо всех нюансах Ethernet-портов, а также помогут подобрать коммутаторы с необходимой пропускной способностью.
