До сих пор коммутация Ethernet со скоростью 10 Гбит/с была ограничена исключительно приложениями старшего класса: исследовательские системы, мощные кластеры и городские сети. Постепенно быстрыми коммутаторами начинают интересоваться и предприятия. Однако столь высокая пропускная способность сегодня, как правило, не нужна. Кроме того, из-за высокой стоимости портов переход станет оправданным в лучшем случае через год. 10GBaseT с недорогими медными портами появится лишь в 2006 г.

Новые серверы и персональные компьютеры часто оснащаются платами Gigabit Ethernet (GigE). По этой причине в рекламных объявлениях производителей коммутаторов порой утверждается, что через некоторое время вырастет спрос на коммутаторы 10 Gigabit Ethernet (10GigE) для агрегирования таких конечных устройств. Однако, по всей видимости, это мнение несколько опрометчиво. В качестве напрашивающейся аналогии можно привести ситуацию с персональными компьютерами: множество из установленных в них высокопроизводительных процессоров большую часть времени поддерживают работу с приложениями, для которых вполне достаточно гораздо меньшей производительности. Похожим образом простое наличие карты Gigabit Ethernet еще не означает, что пользователь будет нуждаться в такой пропускной способности в повседневной работе.

Тем не менее рыночные аналитики отмечают заметный рост числа поставок портов 10GigE. Так, компания Dell?Oro в последнем квартале 2003 г. зафиксировала рост на 300% — до 5000 поставленных портов. Инициатором этого бума стала Cisco: в сегменте 10GigE она отобрала лидерство у своего конкурента Foundry благодаря высокой популярности недорогой четырехпортовой карты для Catalyst 6500. В прогнозе на 2004 г. Dell?Oro обещает девятикратное увеличение количества проданных портов 10 GigE. То, что в процентном соотношении звучит очень заманчиво, в штучном выражении означает рост всего на 64 тыс. устройств. Мировой оборот будет составлять около 358 млн долларов. Тем самым рынок 10GigE все еще остается нишевым.

METRO ETHERNET

Поборники 10GigE видят в новейшем поколении Ethernet не только способ передачи еще большего количества данных за определенный промежуток времени по локальным сетям. Одновременно и в гораздо большей степени Ethernet проник в операторский мир: в соответствии со стандартом IEEE 802.3ае, сигнал 10GigE по многомодовому волокну (10GBaseSR) способен преодолеть лишь 300 м, однако по одномодовому волокну (10GBaseER, 10GBaseLR) радиус действия 10GigE расширяется до 10 и 40 км, соответственно. Тем самым 10GigE подходит в качестве механизма передачи данных для городских сетей (Metropolitan Area Network, MAN). При помощи физического интерфейса для глобальных сетей, специально адаптированного к синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy, SDH), традиционная для локальных сетей технология утверждается в качестве транспортного механизма для операторских сетей (см. врезку «Физический интерфейс 10GigE для глобальных сетей»).

В варианте Ethernet на 10 Гбит/с работает исключительно в полнодуплексном режиме. Давно уже не соответствующий требованиям времени множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов (Carrier Sense Multiple Access/Сollision Detection, CSMA/CD) отправился в музей. В противном случае о таких требовательных приложениях, как передача голоса по IP (Voice over IP, VoIP), можно было бы вообще забыть. Размер кадра хорошо известен по старому доброму Ethernet на 10 Мбит/с: минимум — 64, максимум — 1518 байт. Однако оборудование 10GigE поддерживает и большие кадры приблизительно в 9 Кбайт, которые используются, к примеру, в сетях хранения данных.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Маркетинговому сценарию «Все по Ethernet» пока еще далеко до своего воплощения. Операторы и провайдеры услуг поначалу весьма скептически относились к выходцу из локальной сети, главным образом из-за недостаточно проработанных функций управления и поиска ошибок (функционирование, администрирование и управление — Operations, Administration and Management, OAM). Часто задаваемый вопрос, действительно ли Metro Ethernet теперь соответствует операторскому уровню, уже, скорее, «дело менталитета», как выразился Бобби Джонсон, исполнительный директор компании Foundry, в интервью LANline на CeBIT: «Если кто-то хочет внедрить Metro Ethernet, то он сделает это, как показывают примеры из стран Азии. Аргумент ОАМ — всего лишь наследие ранних лет Ethernet».

Однако для европейских операторов — в отличие от ряда азиатских — Ethernet остается лишь конкурентом SDH, появление которого сбивает цены на оборудование операторского класса, чему они, безусловно, рады. Техническим же препятствием порой становится то, что при использовании Ethernet в глобальной сети речь идет уже не о простой коммутации, а о маршрутизации или коммутации меток при помощи MPLS. В результате приходится администрировать достаточно обширный стек протоколов. Производители оборудования Metro Ethernet — Cisco, Foundry, Extreme или специализирующаяся на 10GigE компания Force 10 — нацелены на распределительную коммутацию в операторских сетях, а также на трафик Ethernet в пределах точки присутствия провайдера услуг. Еще одну область применения представляет собой расширение локальных сетей, т. е. продолжение локальной сети в метросеть путем аренды волоконно-оптических линий связи (темное волокно).

ОЦЕНЯТ ЛИ ПРЕДПРИЯТИЯ?

Однако на предприятиях область применения до сих пор ограничивается очень требовательными к пропускной способности вычислительными центрами, правительственными системами (в том числе стратегического назначения), а также исследовательскими сетями, например CERN. По данным экспертов рынка, даже таким бизнес-приложениям, как ERP и CRM или VoIP, для выполнения их задач вполне достаточно Gigabit Ethernet (см. Рисунок 1). В этой связи Cisco остается лишь заявлять о «постоянно крепнущей» тенденции применения 10GigE на предприятиях. Маркус Нишпель из Enterasys оценивает положение следующим образом: «10GigE будет вначале использоваться исключительно на соединениях в вычислительных центрах и в ядрах крупных локальных сетей, распространению же технологии будут способствовать хранилища на базе IP. Благодаря падению цен уже к концу года интерес к ней со стороны пользователей возрастет». Андреас Хаусманн, коммерческий директор Hewlett-Packard, предостерегает от «перегрева темы»: «Потребность в 10 Gigabit Ethernet в Европе мне видится, скорее, умеренной. Так, использование Gigabit Ethernet на настольных системах вполне оправдано; с другой стороны, мы слишком много говорим о беспроводных локальных сетях — со скоростью 56 Кбит/с! Часто техничекие предложения не оправдываются экономической необходимостью».

Вместе с тем, перспективным потребителям пропускной способности (приложениям реального времени, включая медиа-потоки и видеоконференции) понадобятся заметно большие скорости на магистралях корпоративных сетей. Кроме того, 10GigE предоставит перспективный и технически надежный путь миграции, когда речь зайдет о построении обширных сетей хранения данных или о региональных и городских виртуальных частных сетях. Крупные производители серверов — прежде всего, IBM, Hewlett-Packard и Sun — вот уже некоторое время рекламируют идею вычислений по требованию, т. е. предоставление вычислительной мощности в зависимости от текущих запросов. Эта концепция также предполагает, что сеть нигде не будет иметь узких мест с точки зрения пропускной способности.

ВЫСОКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

Операторская сеть не просто должна продвигать пакеты данных со скоростью линии. К обязательным требованиям относится также готовность на уровне 99,999%, что достигается за счет избыточного выполнения всех компонентов вплоть до коммутаторов. Так, коммутатор/маршрутизатор для метросетей NetIron 40G от Foundry благодаря оперативному переключению управляющего процессора (Hitless Management Processor Failover) позволяет без перебоев перемещать пакеты даже при откае управляющего модуля. Обновление операционной системы в рабочем режиме (Hitless Software Upgrade) и контекстное переключение при отказе на третьем уровне (Stateful Layer 3 Failover) — функции старшего класса, как они называются в контрольных списках производителей телекоммуникационного оборудования, — должны были появиться уже в июле.

Конвергенция маршрутов должна быть максимально быстрой. Такой протокол, как самовосстанавливающееся пакетное кольцо (Resilient Packet Ring, RPR), воспроизводит в среде Ethernet отказоустойчивые кольцевые структуры операторских сетей. От программного обеспечения коммутаторов ожидают, прежде всего, быстрого предоставления емкости (формирование) и эффективного устранения ошибок (диагностика). Для приложений, подобных VoIP, давно уже обязательна поддержка соответствующих протоколов для назначения приоритетов и управления очередями (802.1р, 802.1Q). По мнению Йозефа Лауша, регионального менеджера Extreme Networks в Центральной Европе, функции обеспечения безопасности для предотвращения петель и атак по типу «отказ в обслуживании» (Denial of Service, DoS) приобретут большее значение.

Из тех же принципов исходит и Force 10. Для отражения атак DoS производитель прибегает к собственной технологии Hot Log, с помощью которой обновление правил фильтрации может осуществляться в рабочем режиме. Кроме того, Force 10 объявила войну главному врагу высокого уровня готовности — петлям связующего дерева. Благодаря модульной программной архитектуре и отдельной управляющей специализированной интегральной схеме (Applications Specific Integrated Circuit, ASIC) доступ для администратора возможен даже тогда, когда вся рабочая память занята петлевой ошибкой. Динамическое перераспределение трафика обеспечивает непрерывное функционирование сети и при обновлении операционной системы.

На достижение высокой степени готовности нацелен и доступный с начала года Black Diamond 10000, флагманский продукт Extreme: этот коммутатор/маршрутизатор работает под управлением Extremeware XOSv11 — операционной системы нового поколения на базе UNIX. Модульное программное обеспечение позволяет, к примеру, проводить обновление модулей маршрутизации или запуск IPv6 без прерывания работы. Точно так же, как и в случае с Foundry, обновление операционной системы и маршрутизация в оперативном режиме призваны гарантировать бесперебойную поддержку услуг операторов. Благодаря XOS производитель получает возможность сократить цикл разработки и подключать внешних провайдеров посредством открытого интерфейса. Таким образом, при помощи определенных интерфейсов процессов можно обеспечить взаимодействие специализированного оборудования защиты и коммутатора: посредством так называемой технологии Clear Flow начиная с лета станет возможно зеркальное копирование подозрительных потоков данных на аналитическое устройство, которое в случае негативной оценки потока способно изменять правила на порту коммутатора — шаг в направлении более тесного интеллектуального сопряжения сетевых устройств и устройств обеспечения безопасности.

Передачу голоса по IP сегодня выбирает для себя все большее количество предприятий, в результате требования к инфраструктуре ИТ резко возрастают. Именно поэтому критерии провайдеров услуг и запросы к коммутаторам старшего класса для корпоративных сетей в отношении отказоустойчивости, управляемости, качества услуг и безопасности различаются теперь не так уж существенно. От перехода на 10 Gigabit Ethernet планка требований не станет выше: в локальных сетях с передачей голоса по IP устройства Gigabit Ethernet уже должны надежно и безупречно выполнять свою работу — прежде одно из наиболее серьезных препятствий для признания VoIP на предприятиях теперь означает крупные инвестиции в локальные сети.

КОНКУРЕНЦИЯ

Вынужденная защищать свое доминирующее положение на рынке в сегменте 10GigE, Cisco находится под большим давлением. Ее девятислотовое шасси Catalyst 6509 оснащается коммутирующим механизмом Supervisor 720 и четырехпортовыми модулями с 10-гигабитными портами. Четырехпортовые карты предназначены для использования на уровне распределения, поскольку из-за ограниченной пропускной способности канала они не позволяют работать без блокировок и, таким образом, подходят лишь для модернизации магистральных каналов EtherChannel. Для использования в ядре сети производитель рекомендует свои двухпортовые карты. Наряду с высокой плотностью портов и обширным набором функций Cisco серьезное внимание обращает на защиту инвестиций: во время тестирований функциональности 10 Гбит/с Catalyst доказал свою способность работать с несколькими поколениями модулей.

Производители часто позиционируют для применения в ядре корпоративных сетей с высокими требованиями те же продукты, что и в метросетях. Исключение составляет Foundry: с прошлого года этот конкурент Cisco предлагает операторам городских сетей терабитный коммутатор/маршрутизатор NetIron 40G. Имея коммутирующую матрицу с пропускной способностью 1,28 Тбит/с, этот тяжеловес обслуживает свои восемь четырехпортовых слота со скоростью поступления пакетов. А специально для предприятий производитель выпускает устройство BigIron MG8. Спецификация на MG8 практически ничем не отличается от NetIron 40G, однако функциональность маршрутизации урезана, и тем самым оборудование адаптировано к корпоративным требованиям.

Наряду с рыночными гигантами, по данным Dell?Oro, важнейшими игроками в этом сегменте являются также Extreme и специализирующаяся на 10GigE компания Force 10. Extreme предлагает коммутатор старшего класса Black Diamond 10000, а Force 10 — Е1200 (см. Рисунок 2). В отношении пропускной способности и функционального охвата оба устройства ничем не уступают конкурентам. Force 10 — самый молодой игрок на рынке — может с полным правом заявлять о том, что его продукты полностью отвечают требованиям 10 Гбит/с. В прошлом году Enterasys представила серию Matrix N-Series, куда входят коммутаторы N3, N5 и N7, отличающиеся числом слотов для линейных карт. Matrix N7 с семью двухпортовыми модулями обладает 14 портами 10GigE. В качестве преимуществ производитель указывает на распределенную архитектуру маршрутизации и коммутации, а также на защиту инвестиций и простую управляемость. При помощи таких «тяжеловесов» можно объединить на предприятии уровень распределения и ядро.

Планка для устройств 10GigE обозначается как «операторский класс» и означает пригодность для использования оператором. Так, в силу своей истории некоторые производители уже давно на короткой ноге с требованиями операторского мира. В этой связи стоит упомянуть Marconi с ее коммутаторами/маршрутизаторами ESR-5000 и 6000, а также Nortel c Passport 8600, Alcatel с OmniSwitch 8800 и Avaya с Р882.

ПОДКЛЮЧЕНИЕ СЕРВЕРНЫХ ФЕРМ

Для подключения порождающих интенсивный трафик серверных ферм появляется все большее количество устройств с 16, 24, 32 или 48 портами Gigabit Ethernet, которые весь этот трафик направляют в ядро сети через один или два канала 10GigE. Catalyst 3750G-16TD от Cisco, к примеру, объединяет 16 медных портов в один канал с пропускной способностью 10 Гбит/с. Сильную конкуренцию Cisco составляют Foundry и Extreme. Недавно представленные коммутаторы FastIron Edge от Foundry серии X (см. Рисунок 3) собирают трафик от 24 или 48 портов Gigabit Ethernet в два канала 10GigE — при вполне конкурентной цене в 8795 долларов за Х448 плюс 7195 долларов за два оптических интерфейса. Extreme со своим устройством Summit 400 предлагает за 9995 долларов агрегационный коммутатор с 48 портами 10/100/1000BaseT и коммутирующей матрицей, производительность которой составляет 160 Гбит/с. Устройство дополнительно оснащается двумя портами 10 Гбит/с по цене 16 тыс. долларов за сменный модуль и оптические компоненты.

Первые специализированные коммутаторы на 10 Гбит/с для уровня агрегации Foundry собиралась представить летом: устройство EdgeIron 8X10G благодаря XFP вмещает восемь портов 10 Гбит/с при высоте в одну монтажную единицу. Неблокирующая объединительная панель с пропускной способностью 160 Гбит/с обеспечивает продвижение пакетов со скоростью линии. Этот коммутатор второго уровня предназначен для подключения серверов и 10-гигабитной агрегации.

Несмотря на сдержанную позицию в отношении 10GigE компания Hewlett-Packard также планирует до 2005 г. предложить устройство для уровня агрегации, с восемью гигабитными и двумя 10-гигабитными портами. Кроме того, модулями с портами 10GigE может быть оснащена серия коммутаторов ProCurve 5300, поскольку при пропускной способности внутренней шины 76 Гбит/с она имеет для этого достаточный резерв. Однако в области оборудования старшего класса HP по-прежнему делает ставку на перепродажу коммутаторов Foundry. Цель НР, по утверждению Андреаса Хаусманна, — добиться признания 10GigE при помощи низких цен и простой управляемости. В области агрегации заинтересованные пользователи могут найти оборудование от Enterasys и BATM.

ДИСКУССИЯ О СТОИМОСТИ

Главным тормозом для победного спурта 10 Gigabit Ethernet, как и прежде, остается ценообразование. При этом снижение цен на модули и оптику 10GigE идет полным ходом. Успех четырехпортовой карты Cisco в конце прошлого года не в последнюю очередь достигнут благодаря объявленной ею ценовой войне: стоимость оборудования 10GigE от Cisco снизилась с 19700 долларов за порт до менее чем 6000 долларов за порт в случае полностью укомплектованной четырехпортовой карты. Поэтому средняя цена за порт 10 Гбит/с, по данным Dell?Oro, теперь составляет 7260 долларов. Тем самым порт 10GigE стал дешевле десяти волоконно-оптических портов GigE старшего класса.

Однако этот пример калькуляции справедлив лишь для вновь приобретаемого оборудования. Уже имеющиеся на предприятии порты GigE могут быть объединены в широкополосные каналы при помощи Cisco EtherChannel или агрегации каналов. С учетом опыта распространения Gigabit Ethernet маркетологи Dell?Oro рассчитывают на широкое внедрение 10GigE, лишь когда средняя цена за порт упадет до 3000 долларов. По мнению аналитиков и производителей, в 2004 г. этого не случится. Тем не менее, по крайней мере, на уровне агрегации такие производители, как Foundry и Extreme, уже опустили стоимость порта ниже планки в 4000 долларов.

10GBASECX4

Активное распространение Gigabit Ethernet на предприятиях началось лишь со стандартизацией недорогих медных портов. Однако ожидать их появления для 10GigE раньше 2006 г. не стоит, поскольку процесс стандартизации едва начался. Для медных соединений сейчас может использоваться только 10GBaseCX4 — 10 Gigabit Ethernet поверх Infiniband в соответствии со стандартом 802.3ak. Однако область применения СХ4 очень ограничена: при максимальной длине кабеля в 15 м соединения СХ4 подходят только для высокопроизводительных серверных кластеров или сетей хранения данных (Storage Area Network, SAN). Cisco уже предлагает такие адаптеры. Стоимость модуля Xenpac-CX4 равна приблизительно 600 долларов. У всех остальных производителей СХ4 пока отсутствует или вовсе не предусмотрен. Андреас Хаусманн из НР подчеркивает: «Радиус действия 15 м — слишком мал. Рынку нужен 10GBaseT».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

«В нынешнем году появилось множество инноваций для 10 Gigabit Ethernet, причем производители испытывают сильное ценовое давление», — подытожил Бобби Джонсон, глава Foundry. Для предприятий это означает следующее: сверхбыстрый Ethernet только-только берет курс на локальные сети. Те, кому сегодня нужны высокие скорости, ждут дальнейшего падения цен и появления недорогих оптических портов. Не за горами день, когда дешевые медные порты сделают быструю сеть доступной для всех. Однако реально нуждающиеся в такой пропускной способности приложения на большинстве предприятий пока еще отсутствуют.

Физический интерфейс 10GigE для глобальных сетей

10 GigE WAN-PHY позволяет отобразить Ethernet на синхронные оптические сети (Synchronous Optical Network, SONET). WAN-PHY, в отличие от LAN-PHY, содержит ограничитель кадров SONET/SDH на подуровне интерфейса глобальной сети (WAN Interface Sublayer, WIS). Это необходимо, поскольку скорость передачи ОС-192/STM-64 — 9,3 Гбит/с — немногим меньше 10 Гбит/с в локальной сети. Управление доступом к среде (Media Access Control, MAC) Ethernet — на втором уровне модели OSI — взаимодействует с PHY, т. е. с физической средой или первым уровнем. Благодаря ограничителю SDH на уровне WIS контроль доступа МАС может поддерживать оба типа PHY. Таким образом достигается совместимость с имеющимися операторскими сетями: Ethernet транспортируется через инфраструктуру SDH сетевого оператора по глобальной сети со скоростью STM-64. В конечном счете 10 Gigabit Ethernet направлен на то, чтобы обеспечить сквозную передачу Ethernet между локальными, городскими и глобальными сетями.