Особенности гибридной коммутации: Гибридные коммутаторы с тремя режимами управления — для эффективного удаленного администрирования

Содержание

Гибридные коммутаторы с тремя режимами управления — для эффективного удаленного администрирования

Корпорация «Zyxel Networks» выпускает на рынок новую линейку гибридных коммутаторов второго уровня GS2220. Задачи новой серии — создать условия для роста производительности сетевой инфраструктуры коммерческих предприятий и учреждений образования. К слову, данное оборудование стало развитием широко востребованных коммутаторов второго уровня GS2210 от Zyxel.

GS2220 обеспечивают отличные характеристики и все так же просты в эксплуатации, поддерживая три режима управления:

  • с использованием протокола Simple Network Management Protocol (SNMP),
  • с помощью Web-интерфейса\CLI,
  • из бесплатного облака Zyxel Nebula.

Руководство корпорации подчеркивает, что такие гибкие возможности продиктованы ситуацией, сложившейся из-за пандемии COVID-19, чтобы системные администраторы обеспечили функционирование корпоративной сети при любом варианте работы, в т.

ч. в удаленном режиме.

Именно поддержку управления из облачной системы Zyxel Nebula эксперты называют ключевым преимуществом GS2220. Администратор теперь может осуществлять управление всей сети и мониторинг ее состояния в любое время, воспользовавшись единым интерфейсом. Использование Nebula повысит эффективность настройки и конфигурирования сетевого оборудования и предоставит широкий инструментарий для анализа состояния сети.

В комплект поставки новых коммутаторов серии GS2220 входит бесплатная лицензия Nebula Pro сроком на 1 год. Она дает более продвинутые возможности администрирования сети, нежели у базовой Nebula, которые продемонстрируют удобство контроля за ЛВС с использованием облака.

Для локального управления сетью, если нет необходимости использовать Nebula, предусмотрено использование Web/CLI. Система предоставит все возможности доступа для чтения/записи параметров и конфигурирования настроек оборудования. Наконец, доступно и управление с использованием протокола SNMP, который задействует БД Management Information Base (MIB), содержащую детальные данные о компонентах сети.

Поскольку развитие конвергентных сетей, транслирующих мультимедийный поток (аудио, видео), данные электронной коммерции и т. п., непрерывно возрастает, то увеличивается и потребность в надежных коммутаторах второго уровня. В GS2220 разработчики значительно усовершенствовали как оборудование, так и ПО. Это повысило отказоустойчивость коммутатора, увеличило допустимое значение электростатического разряда в 2 раза, а допустимый перепад напряжения — в 4 раза.

Еще одной особенностью GS2220 стало гибкое использование портов. Флагманские модели серии оснащены 44 гигабитными портами RJ45 в сочетании с комбинированными гигабитными медными/оптическими портами или 2 портами SFP. Есть и более скромные модели, менее плотно оборудованные портами. Они нацелены на внедрение на уровне доступа к сети расширенных опций управления второго уровня.

Немало внимания разработчики уделили и удобству эксплуатации. В коммутаторах нет вентилятора, либо применяется кулер с интеллектуальным управлением. Благодаря этому, они не создают шума, и их можно устанавливать прямо в офисе. Размер у GS2220 также более компактный, если сравнить с другими коммутаторами с поддержкой PoE.

Технология коммутации второго уровня оборудования Huawei — подробное объяснение гибридного интерфейса

В нормальных условиях использование внутренней сети компанией намного выше, чем использование внешней сети. Внутренняя сеть компании построена на основе двухуровневой коммутационной сети, поэтому качество конструкции двухуровневой сети напрямую влияет на нормальный бизнес компании. Хороший дизайн не только позволяет отразить функцию, но также может справиться с некоторыми неизвестными скрытыми опасностями, такими как повреждение линии, повреждение оборудования и т. Д. Ниже мы в основном понимаем оборудование Huawei Layer 2, но первое, что нужно понять, это то, что главное в оборудовании Layer 2 (коммутаторах) — это VLAN.

Во-первых, основная концепция VLAN

В традиционном коммутаторе Ethernet все пользователи находятся в одном широковещательном домене. Когда сеть большая, количество широковещательных пакетов резко возрастает. Когда число широковещательных пакетов составляет 30% от общего числа, эффективность передачи сети будет значительно сокращается, особенно когда определенное сетевое устройство выходит из строя, оно будет продолжать отправлять широковещательные сообщения в сеть, что приводит к широковещательному шторму, а сетевое взаимодействие парализуется.Так как решить эту проблему?

Для решения этой проблемы мы можем использовать метод разделения широковещательных доменов. Есть два способа разделения широковещательных доменов:

  • Физическое разделение: физически разделите сеть на несколько небольших сетей, а затем используйте оборудование маршрутизации, которое может изолировать широковещательные передачи для соединения различных сетей для достижения связи;
  • Логическое разделение, которое логически делит сеть на несколько небольших виртуальных сетей, а именно на VLAN. VLAN работает на уровне канала передачи данных, VLAN — это коммутирующая сеть, все пользователи в ней находятся в одном широковещательном домене, так что каждая VLAN может обмениваться данными через подключение оборудования маршрутизации;

Использование физического разделения имеет множество недостатков, из-за которых конструкция LAN не является гибкой. Например: пользователи, подключенные к одному коммутатору, могут быть разделены только на одну и ту же сеть, но не могут быть разделены на несколько разных сетей.

Появление VLAN добавляет гибкости дизайну локальных сетей, так что сетевые администраторы больше не ограничиваются географическим положением пользователей при разделении рабочих групп. VLAN может быть реализована на коммутаторе или между коммутаторами. Его можно разделить по местоположению, роли или отделу пользователей сети, как показано на рисунке:

VLAN обладает характеристиками гибкости и масштабируемости. Использование технологии VLAN дает следующие преимущества:
(1) Контрольная трансляция:
Каждая VLAN является независимым широковещательным доменом, который уменьшает занятость полосы пропускания сети широковещательной рассылкой, повышает эффективность передачи сети, а широковещательные штормы в каждой VLAN не влияют на другие VLAN;

(2) Повышение сетевой безопасности:
Поскольку обмен данными может осуществляться только между портами одной и той же VLAN, а прямой доступ к портам разных VLAN невозможен, сети VLAN могут ограничивать доступ отдельных хостов к таким ресурсам, как серверы. Следовательно, безопасность сети может быть улучшена путем разделения виртуальных локальных сетей;
(3) Упростите управление сетью:

Для коммутируемого Ethernet, если сегмент сети выделен некоторым пользователям, сетевому администратору необходимо изменить физическую структуру сетевой системы или даже добавить сетевое оборудование, что увеличит рабочую нагрузку на управление сетью. Для сети, использующей технологию VLAN, VLAN может разделять пользователей в разных географических точках на логический сегмент сети в соответствии с функциями отдела и приложениями группы объектов, а рабочие станции могут работать произвольно, не изменяя физического подключения к сети. Перемещение между группами или подсетями. . Использование технологии VLAN значительно снижает нагрузку на управление и обслуживание сети, а также снижает затраты на обслуживание сети;

В зависимости от использования и управления VLAN VLAN делятся на два типа:
(1) Статическая VLAN
Статическая VLAN, также известная как VLAN на основе портов, в настоящее время является наиболее распространенным способом реализации VLAN.
Статическая VLAN должна четко указать, к какой VLAN принадлежит порт коммутатора. Это требует ручной настройки администратором сети. Когда пользовательский хост подключен к порту коммутатора, он также назначается соответствующей VLAN;
(2) Динамическая VLAN
Существует множество способов реализации динамических VLAN, и наиболее распространенный способ реализации динамических VLAN основан на MAC-адресах.

Динамическая VLAN на основе MAC-адреса автоматически назначается соответствующей VLNA в соответствии с MAC-адресом хоста.Преимущества этого метода разделения VLAN: при перемещении физического местоположения пользователя VLAN не будет перераспределена. Недостаток: все пользователи во время инициализация Должна быть настроена, задача настройки очень тяжелая!

Диапазон VLAN, как показано на рисунке:

Есть также некоторые процессы инкапсуляции VLAN, которые здесь подробно не рассматриваются!

Во-вторых, характеристики гибридного интерфейса

В зависимости от типа инкапсуляции интерфейса VLAN интерфейсы коммутаторов Huawei в основном имеют три режима: Access, Trunk и Hybrid.

Среди них нет никакой разницы между интерфейсом Access и Trunk и технологией Cisco.Гибридный интерфейс — это уникальный режим интерфейса оборудования Huawei. Гибридный интерфейс и интерфейс магистрали схожи в том, что они могут пропускать трафик из нескольких VLAN и быть помечены. Разница в том, что гибридный интерфейс позволяет отправлять пакеты из нескольких VLAN без тегов. В основном представляем гибридный интерфейс коммутатора Huawei!

Гибридный интерфейс как уникальный атрибутный интерфейс коммутаторов Huawei имеет следующие основные особенности:

  • Интерфейс коммутатора Huawei по умолчанию работает в гибридном режиме;
  • Он может не только реализовать функции интерфейса доступа, но также реализовать функции интерфейса магистрали;
  • Связь между VLAN и контроль доступа могут быть реализованы без помощи трехуровневого оборудования;
  • По сравнению с интерфейсом доступа и интерфейсом магистрали, он имеет более высокую гибкость и управляемость;

Роль гибридного интерфейса в основном отражается в:

  • Изоляция потока:Гибридный интерфейс сам по себе обладает мощными возможностями контроля доступа: с помощью конфигурации интерфейса можно изолировать трафик из одной и той же VLAN, а также можно изолировать трафик из разных VLAN;
  • Совместимость трафика:Гибридный интерфейс обеспечивает связь между различными VLAN на уровне 2;

Примечание:Двухуровневое решение всегда лучше трехуровневого, потому что эффективность второго уровня выше, чем эффективность третьего. Фактически, чем выше задействованный уровень, тем ниже эффективность!

Три, принцип работы гибридного интерфейса

Гибридный интерфейс может гибко управлять добавлением и удалением тегов VLAN кадров данных на интерфейсе. Например, когда устройство на противоположном конце интерфейса является коммутатором, вы можете настроить интерфейс так, чтобы определенные кадры данных VLAN проходили через интерфейс с тегами VLAN, в то время как другие VLAN отправляются без тегов VLAN. В случае, если устройство на противоположном конце интерфейса является хостом, кадры данных, отправляемые на эти интерфейсы, могут быть настроены так, чтобы не передавать какие-либо теги VLAN.

Принцип работы гибридного интерфейса включает три атрибута интерфейса, а именно:

  • список удаления тегов:Он работает только тогда, когда интерфейс отправляет кадры данных.Если тег VLAN данных, которые должны быть отправлены, находится в списке нетегированных данных интерфейса, этот тег будет удален для отправки данных;
  • список тегов:Функция и получение помеченного фрейма данных и отправка фрейма данных. Его функция аналогична списку разрешенных идентификаторов VLAN. Когда интерфейс получает кадр данных с тегом VLAN, список тегов интерфейса эквивалентен разрешенному списку VLAN, и кадр данных, отсутствующий в списке, будет отброшен; когда интерфейс отправляет данные, тег VLAN данных находится в списке тегов интерфейса в. Тег будет продолжать посылать фрейм данных, в противном случае фрейм данных будет отброшен.
  • PVID:PVID по умолчанию для интерфейса — VLAN1, и PVID работает только при приеме немаркированных кадров. PVID используется для маркировки кадра данных текущим идентификатором PVID при получении кадра без тегов;

Что касается функциональных характеристик, то список без тегов и PVID в гибридном интерфейсе используются для реализации функции доступа, а список тегов используется для реализации функции магистрали. Но дело не только в этом, потому что гибридный интерфейс более гибкий, чем интерфейс доступа и интерфейс магистрали, и подходит для различных сценариев.

(1) Инкапсулируйте 802.1Q в соответствии с PVID

Когда сеть изолирована VLAN, трафик можно разделить на два типа:

  • Один состоит в том, чтобы отмечать трафик, то есть фреймы данных, помеченные 802.1Q;
  • Другой — немаркированный трафик, который является исходным кадром Ethernet.

Принцип работы PVID: В нормальных условиях трафик, отправляемый и принимаемый оконечным устройством, является немаркированным трафиком. Когда коммутатор получает тегированный трафик, он идентифицирует свой идентификатор VLAN с помощью тега 802.1Q, но когда коммутатор получает немаркированный трафик, он выполняет инкапсуляцию 802.1Q для трафика на основе PVID интерфейса.

В оборудовании Huawei различные типы интерфейсов имеют PVID по умолчанию, как показано на рисунке:

Любой трафик, входящий в коммутатор, должен быть отмечен. Если трафик, входящий в коммутатор, содержит тег VLAN, он может идентифицировать саму информацию о VLAN.Если трафик, входящий в коммутатор, не помечен, он будет помечен PVID интерфейса, и цель тегирования — для последующей пересылки!

Принципиальная схема PVID-маркировки фрейма данных, поступающего в коммутатор, выглядит следующим образом:

(2) Пересылка согласно списку без тегов и списку тегов

Гибридный интерфейс коммутатора принимает или отправляет данные на основе списка без тегов и списка тегов, и его принцип работы следующий:

  • Каждый гибридный интерфейс по умолчанию имеет список без тегов, который содержит один или несколько номеров VLAN, а значение по умолчанию — VLAN1;
  • У каждого интерфейса есть список тегов, значение по умолчанию — пустое, или он может быть настроен на включение одного или нескольких номеров VLAN;
  • После того, как гибридный интерфейс получает фрейм данных, он сначала проверяет, содержит ли фрейм данных тег. Если он содержит тег, он проверяет список тегов этого интерфейса. Если есть идентификатор VLAN, инкапсулированный в кадр данных в списке тегов, он будет получен, в противном случае он будет отброшен; если он не несет тег, он будет помечен в соответствии с PVID гибридного интерфейса;
  • Перед тем, как гибридный интерфейс отправит кадр данных, проверьте список нетегированных и тегов этого интерфейса.Если идентификатор VLAN, инкапсулированный кадром данных, находится в списке нетегированных данных, удалите инкапсуляцию 802.1Q и отправьте исходный кадр данных; если он существует в список тегов, сохраните 802.1Q Encapsulate и отправьте тегированные кадры данных; если в двух списках нет идентификатора VLAN кадра данных, не отправлять;

Роль списка без тегов при отправке данных, как показано на рисунке:

Роль списка тегов при отправке данных, как показано на рисунке:

Базовый принцип гибридного интерфейса, отправляющий кадры данных, и соответствующая блок-схема обработки следующие:

И гибридный интерфейс, и интерфейс магистрали могут помечать разные сети VLAN, а также передавать трафик нескольких сетей VLAN; но гибридный интерфейс может разрешать отправку нескольких пакетов из разных сетей VLAN без тегирования, в то время как интерфейс магистрали разрешает только пакеты VLAN по умолчанию. Текст не будет помечен при отправке.

Эти три типа интерфейсов могут сосуществовать на коммутаторе Ethernet, но интерфейс магистрали и гибридный интерфейс нельзя переключать напрямую.Это означает, что его можно сначала установить как интерфейс доступа, а затем установить как интерфейс другого типа.

В-четвертых, сценарий применения гибридного интерфейса.

Гибридный интерфейс отправляет и получает данные на основе трех атрибутов и анализирует свой рабочий процесс на основе понимания его принципа работы. За счет настройки гибридного интерфейса достигаются следующие требования:

  • ПК1 и ПК2 могут иметь доступ друг к другу и только к ПК4;
  • ПК3 не может связываться с ПК1 и ПК2 и может получить доступ только к ПК5;

Схема эксперимента выглядит следующим образом:

Увидев экспериментальные требования и карту экспериментальной топологии, вы должны сначала спланировать, какую информацию о VLAN следует добавить в список без тегов и список тегов для реализации функции!

Если вы понимаете, как работают PVID, список отмены тегов и список тегов, вы можете добавить, какие сети VLAN следует заполнять, в список без тегов и список тегов. Это один из методов.

Примечание:Обычно PVID интерфейса по умолчанию равен 1, а список без тегов по умолчанию содержит VLAN 1. Если вы дополнительно устанавливаете номер PVID для интерфейса, вы также должны поместить номер в список тегов или список без тегов, иначе связь не будет возможный.

(1) Гибридная конфигурация

1. Настройте IP-адрес оконечного устройства.

немного!

2. Создайте VLAN2, VLAN3 и VLAN10 на коммутаторе S1 и коммутаторе S2 соответственно.
[S1]vlan batch 2 3 10
[S2]vlan batch 2 3 10
3. Настройте гибридные интерфейсы на коммутаторах S1 и S2.

Конфигурация коммутатора S1 следующая:

[S1]int g0/0/2
[S1-GigabitEthernet0/0/2]port link-type hybrid 
// Настраиваем режим интерфейса на Гибридный (по умолчанию - Гибридный интерфейс)
[S1-GigabitEthernet0/0/2]port hybrid pvid vlan 1
 // PVID интерфейса конфигурации равен 1 (также по умолчанию)
[S1-GigabitEthernet0/0/2]port hybrid untagged vlan 1 2
 // Добавляем VLAN1 и VLAN2 в список без тегов
[S1-GigabitEthernet0/0/2]int g0/0/3
[S1-GigabitEthernet0/0/3]port link-type hybrid
[S1-GigabitEthernet0/0/3]port hybrid pvid vlan 1
[S1-GigabitEthernet0/0/3]port hybrid untagged vlan 1 2
[S1-GigabitEthernet0/0/3]int g0/0/4
[S1-GigabitEthernet0/0/4]port link-type hybrid
[S1-GigabitEthernet0/0/4]port hybrid pvid vlan 10
[S1-GigabitEthernet0/0/4]port hybrid untagged vlan 3 10
[S1-GigabitEthernet0/0/4]int g0/0/1
[S1-GigabitEthernet0/0/1]port link-type hybrid
[S1-GigabitEthernet0/0/1]port hybrid pvid vlan 1
[S1-GigabitEthernet0/0/1]port hybrid untagged vlan 1 2
[S1-GigabitEthernet0/0/1]port hybrid tagged vlan 3 10
 // Добавляем VLAN3, VLAN10 в список тегов

Конфигурация переключателя S2 следующая:

[S2-GigabitEthernet0/0/3]int g0/0/1
[S2-GigabitEthernet0/0/1]port link-type hybrid
[S2-GigabitEthernet0/0/1]port hybrid pvid vlan 1
[S2-GigabitEthernet0/0/1]port hybrid untagged vlan 1 2
[S2-GigabitEthernet0/0/1]port hybrid tagged vlan 3 10
[S2]int g0/0/2
[S2-GigabitEthernet0/0/2]port link-type hybrid
[S2-GigabitEthernet0/0/2]port hybrid pvid vlan 2
[S2-GigabitEthernet0/0/2]port hybrid untagged vlan 1 2
[S2-GigabitEthernet0/0/2]int g0/0/3
[S2-GigabitEthernet0/0/3]port link-type hybrid
[S2-GigabitEthernet0/0/3]port hybrid pvid vlan 3
[S2-GigabitEthernet0/0/3]port hybrid untagged vlan 3 10
4.
Проверьте сетевое соединение.

Тест ПК1 выглядит следующим образом:

Тест PC3 выглядит следующим образом:

Экспериментальные потребности выполнены!
Есть много способов добиться такого спроса, например:
Первый:

Вы можете настроить себя согласно способу, изображенному на рисунке!

Второй тип:

Вы можете настроить его самостоятельно по рисунку! Но особых требований к интерфейсу между переключателями нет!

———————— На этом статья завершается, спасибо за чтение ————————

Коммутаторы L2, L2+ и L3 — что, когда, куда, откуда, как, зачем и почему? / Хабр

«Но это же в любом учебнике по сетям написано!» — возмутится нетерпеливый читатель.

Однако, не нужно спешить с выводами. Написано по этому поводу много, но, к сожалению, далеко не всегда понятным языком. Вот и рождаются вредные мифы.

Поэтому не всегда в точности понятно, когда и куда какое устройство приспособить. Представьте, звонит сисадмину начальник ИТ отдела и требует быстро подобрать в запас «очень бюджетный коммутатор, и чтобы все основные функции закрывал, пока деньги не перехватили и настроение у директора хорошее».

И начинает наш герой ломать голову: взять L3, чтобы «на все случаи жизни», но он дорогой или взять подешевле — L2, а вдруг прогадаешь… Да ещё этот L2+ непонятно что за промежуточный уровень…

Подобные сомнения иногда обуревают даже опытных специалистов, когда встаёт вопрос выбора устройств при жёстком лимите бюджета.


Для начала опровергнем основные мифы


Коммутатор L3 имеет большую пропускную способность чем L2?

Такой взаимосвязи нет. Всё зависит от аппаратного и программного обеспечения (firmware), размещённых портов (интерфейсов), поддержки соответствующих стандартов.

Разумеется, связь с использованием коммутатора уровня L3 через сетевой интерфейс 1Gb/s будет медленнее, чем с использованием коммутатора L2 через 10 Gb/s.

Возможно, этот миф связан с тем, что коммутаторы L3 поддерживают больше функций, что находит отражение в аппаратном обеспечении: быстрее процессор, больше памяти, нежели чем у коммутаторов L2 того же поколения. Но, во-первых, иногда коммутаторы L2 тоже выпускаются на базе мощных контроллеров, позволяющих быстро обрабатывать служебные данные и пересылать кадры Ethernet, во-вторых, даже усиленному «железу» коммутатора L3 есть чем заняться: управлять VLAN, анализировать ACL на основе IP и так далее. Поэтому если судить по загрузке, однозначно ответить на вопрос: «Какой коммутатор «мощнее»?» — не получится.


Коммутаторы L3 — более современные, а L2 — уже вчерашний день?

Это вовсе не так. На сегодняшний день выпускаются как коммутаторы L2, так и коммутаторы L3. Коммутаторов уровня L2 выпускается достаточно много, потому что работать им приходится чаще всего на уровне доступа (пользователей), где и портов, и коммутаторов требуется значительно больше.


Немного теории в вопросах и ответах


Откуда взялись эти названия L2, L3?

Из 7 уровней модели OSI.

Коммутатор L2 работает на втором, канальном уровне.

Коммутатор L3 работает как на втором, так и на третьем уровне.


Примечание. Сетевая модель OSI (The Open Systems Interconnection model) определяет различные уровни взаимодействия систем. При таком разбиении каждому уровню отводится своя роль и назначены определённые функции для взаимодействия по сети.

Таблица 1. Уровни модели OSI ISO



А просто, понятно и в двух словах?

В самом простом случае коммутатор служит для связи нескольких устройств локальной сети (LAN). Этими устройствами могут быть, например, отдельные компьютеры или другие коммутаторы.

Именно так работает коммутатор L2 — на уровне Ethernet: анализирует аппаратные MAC адреса, заносит их в таблицу коммутации и согласно этой таблице перераспределяет трафик.

Коммутатор L3 тоже может анализировать пакеты по MAC адресам и перенаправлять кадры между подключёнными устройствами, но, помимо пересылки Ethernet кадров, он умеет перенаправлять трафик, основываясь на анализе IP адресов и выполнять функции внутреннего маршрутизатора.


А подробней?

Коммутатор L2 обрабатывает и регистрирует MAC адреса фреймов, осуществляет физическую адресацию и управления потоком данных. Некоторые дополнительные функции: VLAN, QoS поддерживаются только на уровне, необходимом для передачи параметров или для участия в общей схеме сети. Например, на коммутаторе L2 можно прописать несколько VLAN, но нельзя настроить полноценную маршрутизацию между ними, для этого уже нужен коммутатор L3. Проще говоря, коммутатор уровня L2 обеспечивает некоторые дополнительные функции, но не управляет ими в масштабе сети.

В отличие от своих более простых собратьев, коммутаторы L3 могут брать на себя функции маршрутизаторов, в том числе проверку логической адресации и выбор пути (маршрута) доставки данных. Благодаря повсеместному внедрению стека протоколов TCP/IP, коммутаторы уровня L3 являются важной частью сети, так как могут выполнять пересылку пакетов не только на основе анализа MAC адресов, но и «поднимаясь на этаж выше», то есть на основе IP адресов и соответствующих протоколов маршрутизации

Разумеется, никому в голову не придёт строить внешнюю разветвлённую сеть с BGP маршрутизацией на базе коммутаторов. Однако для внутренней маршрутизации в пределах локальной сети такой вариант вполне подходит. Мало того, это позволяет экономить на приобретении дополнительных устройств (маршрутизаторов), использовать универсальный подход к организации сети.

Из-за поддержки многих функций коммутатор уровня L3 имеют более сложную внутреннюю конфигурацию и, соответственно, стоят дороже. Иногда пользователь встаёт перед выбором: купить более простой и бюджетный вариант с Layer 2 или более дорогой и «продвинутый» Layer 3.


А что за «дополнительные» уровни: «доступа», «агрегации», «ядра»?

Помимо уровней модели OSI: Layer 2, Layer 3, в литературе часто упоминаются «уровень доступа», «уровень агрегации», «уровень ядра сети».

Подробней об этом мы писали в статье «Построение сетевой инфраструктуры на базе Nebula. Часть 2 — пример сети»

Если описать кратко:


  • Уровень доступа — группа коммутаторов, основной задачей которых является подключения пользователей к сети.
  • Уровень агрегации (или уровень распределения) — следующая группа, которая объединяет коммутаторы уровня доступа, позволяет выполнить настройки управления и маршрутизации и делегирует Uplink на более высокий уровень — уровень ядра сети.
  • Уровень ядра сети — центральный узел, который объединяет все ветви коммутаторов уровня агрегации с подключёнными коммутаторами уровня доступа в единую сеть.

Если сравнивать с древовидной структурой, то ядро сети — это ствол, уровень агрегации/распределения — это крупные ветви, коммутаторы уровня доступа — мелкие веточки, а компьютеры пользователей — это листья.

Рисунок 1. Уровни построения локальной сети.

Коммутаторы, которые служат для объединения других коммутаторов в единую сеть, называют коммутаторы уровня агрегации (или коммутаторы уровня распределения).

Если же говорить про уровень ядра сети, то для него существуют свои мощные коммутаторы, основная задача которых максимально быстро передавать трафик. Функции управления при этом довольно часто делегируется на уровень агрегации.

Есть ли связь между понятиями уровней L2 и L3 с уровнем доступа и уровнем агрегации? Традиционно считается, что для уровня доступа лучше подходят коммутаторы L2 (в первую очередь из-за более низкой цены, а для уровня агрегации лучше выбирать L3 ради повышенной функциональности.

Чем хорош такой подход? Устанавливать более функциональные и дорогие коммутаторы уровня L3 на уровне доступа может быть неоправданным шагом, если их функции маршрутизации и контроля не будут востребованы. А этих же функций будет недоставать более простым коммутаторам L2 на уровне агрегации (распределения).


Теория — это отлично, но начальник требует побыстрее подобрать подходящий коммутатор…

Если есть сомнения какой уровень коммутатора выбрать: уровня 2 или уровня 3, во главу угла нужно ставить вопрос, где его предполагается использовать. Если в наличии только небольшая сеть, позволяющая всем работать в единственном широковещательном домене, можно остановить свой выбор на одном или двух коммутаторах L2.

Второй случай, где коммутаторы второго уровня хорошо себя чувствуют — уровень доступа, то есть там, где компьютеры пользователей подключаются к локальной сети.

Если необходим коммутатор для объединения (агрегирования) нескольких простых коммутаторов доступа пользователей — для этой роли лучше подходит коммутатор уровня 3. Помимо объединения в сеть, он может выполнять маршрутизацию между VLAN, управлять прохождением трафика при помощи ACL (Access Control List), обеспечивать заданный уровень ширины пропускания (QoS) и так далее.

Ещё одна область, где коммутаторы L3 часто бывают востребованы — если необходимо обеспечить повышенные требования к безопасности, например, более гибкое разграничение доступа. Некоторые функции, доступные для этого уровня, например, управление трафиком на уровне IP адресов, будут неосуществимы стандартными средства уровня L2.


Чем отличаются коммутаторы L2 и L2+

L2+ — это коммутатор второго уровня с добавленными функциями. Например, может быть добавлена поддержка статической маршрутизации, физического объединения в стек нескольких коммутаторов для отказоустойчивости, дополнительные функции безопасности и так далее.


Примечание. В сравнительной таблице, приводимой в конце статьи, можно видеть, что уровни L2 и L2+ могут различаться на одну-две функции. Однако даже такая небольшая деталь может оказаться критичной, например, для вопросов отказоустойчивости или безопасности.

От слова к делу! Сравним разные коммутаторы на примере

Для наглядности выберем три модели примерно одного уровня. Понятно, что коммутаторы L2, L2+ и L3 здорово отличаются по функциям. Поэтому приходится использовать общие признаки. Например, сравнивать коммутаторы на 5 и 50 портов (включая Uplink) будет некорректно.

В итоге мы выбрали три коммутатора:


Обратите внимание, что внешне устройств довольно похожи, чего не скажешь об их возможностях и предполагаемых ролях. Для наглядности ниже приводим небольшой фрагмент сравнительной таблицы функций.

А функций у этих моделей коммутаторов очень много. Чтобы не пытаться объять необъятное, мы выбрали наиболее очевидные функциональные области: управление трафиком, безопасность и маршрутизация. Другие группы опций тоже отличаются, но не так очевидно.


Zyxel XGS4600-32 — коммутатор Layer 3


  • Имеет 24 гигабитных порта под витую пару, 4 порта Combo (SFP/RJ‑45) и четыре интегрированных 10-Gigabit SFP+
  • Поддерживает объединение в физический стек с использованием одного или двух слотов 10-Gigabit SFP+.
  • Поддерживает и статическую, и динамическую маршрутизацию.
  • Имеет два отдельных разъёма подключения питания.

Рисунок 2. Коммутатор Zyxel XGS4600-32 — коммутатор Layer 3.


Zyxel XGS2210 — коммутатор Layer 2+

Одно из предназначений — создание сети для передачи трафика VoIP, видеоконференций, IPTV и IP-камер видеонаблюдения наблюдения и управление трафиком современных конвергентных приложений.

Поддерживает объединение в физический стек с помощью двух портов 10-Gigabit SFP+.

Поддерживает PoE (стандарты IEEE 802.3af PoE и 802.3at PoE Plus) до 30Ватт на порт для питания устройств с большей потребляемой мощностью, например, это могут быть точки доступа 802.11ac и IP-видеотелефоны.

В данной модели присутствуют дополнительные средства поддержки безопасности, например, IP source guard, DHCP snooping и ARP inspection, механизмы фильтрации L2, L3 и L4, функцию MAC freeze, изоляцию портов и создание гостевой VLAN.

Добавлены элементы статической маршрутизации IPv4/v6 и назначение DHCP relay с конкретным IP интерфейсом отправителя.

Рисунок 3. Zyxel XGS2210 — коммутатор Layer 2+


Zyxel GS2220 — коммутатор Layer 2

Интересно, что серия GS2220 — это гибридные коммутаторы с доступными вариантами управления: через облако Zyxel Nebula, через локальное подключение, плюс поддержка SNMP.

Из интересных функций можно выделить L2 multicast, IGMP snooping, Multicast VLAN Registration (MVR).
Данная модель неплохо подходит и для обеспечения сетевой среды VoIP, видеоконференций и IPTV.

Рисунок 4. Zyxel GS2220 — коммутатор Layer 2.


Это интересно

Компания Zyxel Networks сообщила о поддержке своих коммутаторов в специализированном режиме Networked AV (созданного совместно с компанией ATEN), позволяющего облегчить внедрение AV-систем на базе коммутаторов и повысить эффективность их использования.

Стоит отметить специальную программу — мастер настройки. Она специально разработана для удобного управления функциями, которые часто используются при настройке сетей потоковой передачи аудио/видео.

Также появилась новая консоль Networked AV dashboard для контроля основных параметров: данные о портах, расход электроэнергии, и другая информация, благодаря которой можно сразу проверить текущее состояние сети и настроить коммутатор.

Для гигабитных управляемых коммутаторов второго уровня серии GS2220 режим Networked AV доступен с сентября 2020 года (нужно обновить микропрограмму до версии v4.70 или более поздней). Для коммутаторов серии XGS2210 доступ ожидается до конца 2020 года.

Таблица 2. Сравнение коммутаторов XGS4600-32 (L3), XGS2210-28 (L2+) и GS2220-28 (L2).

* Функции, доступные также в облачном режиме управления.


Небольшие итоги

Каждая вещь хороша на своём месте (спасибо, капитан Очевидность).

Нет смысла переплачивать за более высокий уровень коммутатора только потому, что он кажется круче. В то же время скупой платит дважды, и нехватка критической функции может потребовать дополнительных расходов в виде замены коммутатора.

В некоторых случаях выручают коммутаторы L2+ как компромиссный вариант. Функции, которых нет в L2, но есть в L2+ — могут быть весьма полезны и способны вывести сетевую инфраструктуру на новый уровень отказоустойчивости и безопасности


Полезные ссылки


  1. Telegram chat Zyxel
  2. Форум по оборудованию Zyxel
  3. Много полезного видео на канале Youtube
  4. Коммутаторы Zyxel L3 серии XGS4600
  5. Коммутаторы Zyxel L2+ серии XGS2210
  6. Коммутаторы Zyxel L2 серии GS2220
  7. Построение сетевой инфраструктуры на базе Nebula. Часть 1 — задачи и решения
  8. Построение сетевой инфраструктуры на базе Nebula. Часть 2 — пример сети

Гибридная коммутация каналов и пакетов

Информатика Гибридная коммутация каналов и пакетов

просмотров — 133

Этот метод коммутации по сути дела предполагает построение двух подсетей: одну для коммутации каналов, другую для коммутации пакетов. Примером такой сети с гибридной коммутацией является известная сеть с сегментированной упаковкой SENET. В этой сети используется синхронный формат основного цикла, в который упаковываются данные, передаваемые с использованием как коммутации каналов так и коммутации пакетов. Каждому соединœению, устанавливаемому в режиме коммутации каналов, выделяется неĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ фиксированное число бит в каждом цикле (упаковке) ᴛ.ᴇ. фиксированная пропускная способность в формате синхронной передачи с временным разделœением. Данные в режиме коммутации пакетов передаются во второй половинœе каждого цикла, как показано на рисунке 2.37.

Рис. 2.36.

С целью обеспечения динамического распределœения пропускной способности тракта передачи всякий раз, когда происходит установление или разъединœение соединœения, производится распределœение цикла между синхронными данными с ВРК в коммутируемых каналах и данными в режиме пакетной коммутации. В случае если на каком-то узле создается большая очередь пакетов, то узел может задержать установление новых соединœений до тех пор, пока очередь не рассосœется. При этом одно лишь увеличение пропускной способности при передаче от перегруженного узла не может увеличить скорость передачи пакетов в такой же степени. В случае если очереди пакетов в сосœедних узлах велики, то пакетам некуда двигаться, несмотря на повышенную пропускную способность каналов. По этой причине вопросы управления потоками в таких сетях оказываются еще более сложными и взаимосвязанными.

Описанный выше подход к построению сети SENET для совмещения коммутации каналов и пакетов определяет режим работы по единственной линии связи и предполагает, что такие сети строятся в виде взаимосвязанных узлов с аналогично работающими линиями связи. Наряду с этим существует другой подход, обеспечивающий более высокую гибкость в управлении различными подсетями (коммутируемых каналов и коммутируемых пакетов). При таком подходе эти подсети работают независимо друг от друга и каждую подсеть в чистом виде можно реализовать как частный случай работы сети в целом. Такие гибридные сети интегрального обслуживания строятся по иерархическому принципу и включают подсеть коммутации каналов и подсеть коммутации пакетов. Первый уровень иерархии это первичная цифровая сеть с коммутацией каналов. Коммутация пакетов реализуется на втором уровне иерархии и функционально не зависит от сети коммутации каналов. Такой принцип построения сетей интегрального обслуживания получил название адаптивное формирование пучков каналов. Структура такой сети показана на рисунке 2.37.

Рис. 2.37.

Первичная сеть образована цифровыми оконечными станциями (ОС) и цифровыми транзитными узлами (ТУ), соединœенными цифровыми линиями передачи с ВРК (временное разделœение каналов). Терминалы сети соединяются между собой способом коммутации каналов. На основе первичной сети строится вторичная сеть с узлами специального обслуживания (УСО). Эти узлы соединяются арендованными некоммутируемыми линиями ( ), либо автоматически коммутируемыми линиями ( ), либо комбинацией тех и других линий. Вторичная сеть УСО это сеть, к примеру, с коммутацией пакетов. Терминалы УСО вторичной сети подключаются к первичной сети с помощью местных автоматически коммутируемых или арендованных постоянных линий. Арендованные линии могут использоваться и как кольцевые и как многопунктовые.

Сообщения, поступающие на УСО из терминала данных разрезаются на пакеты и пересылаются по арендованным линиям на промежуточные УСО и далее до узла назначения (УСО). Пакеты во вторичной сети проходят через узлы коммутации каналов первичной сети по заранее установленным соединœениям и работа вторичной сети коммутации пакетов протекает независимо от первичной сети коммутации каналов. Единственный раз, когда эти сети взаимодействуют это в случае если вторичная сеть требует установить или разрушить каналы связи между УСО. По этой причине вторичная сеть может самостоятельно изменять всю пропускную способность в соответствии с условиями нагрузки (длиной очереди пакетов).

Поскольку автоматически коммутируемые связи между УСО в функциональном отношении являются прямыми соединœениями, то процесс добавления или изъятия каналов между УСО принято называть адаптивным формированием пучков каналов. В широком плане добавление или изъятие каналов между УСО сводится к динамической реконфигурации вторичной сети. По этой причине такой способ работы сети интегрального обслуживания называют также динамическим виртуальным сетеобразованием.

Важнейшим аспектом виртуального сетеобразования при интеграции различных видов услуг связи является то, что внутренние операции в виртуальных сетях не зависят от первичной сети и друг от друга. По этой причине процедуры маршрутизации и управления потоками на одной сети бывают модифицированы без влияния на алгоритмы маршрутизации и управления потоками на другой сети. Это позволяет в перспективе создавать множество виртуальных сетей проблемно-ориентированных на оптимальную реализацию тех или иных услуг связи, и тем самым приблизить возможности универсальной сети интегрального обслуживания к возможностям специализированных сетей связи.

Создание ЦСИО позволяет обеспечить пользователœей новыми видами информационного обслуживания. Рассмотрим некоторые современные виды информационного обслуживания.


Читайте также


  • — Гибридная коммутация каналов и пакетов

    Этот метод коммутации по сути дела предполагает построение двух подсетей: одну для коммутации каналов, другую для коммутации пакетов. Примером такой сети с гибридной коммутацией является известная сеть с сегментированной упаковкой SENET. В этой сети используется… [читать подробенее]


  • Zyxel NebulaFlex Pro GS2220-50HP Гибридный L2 коммутатор PoE+, rack 19″, 44xGE PoE+, 4xCombo (SFP/RJ-45 PoE+), 2xSFP, бюджет PoE 375 Вт, автономное/облачное управление [GS2220-50HP-EU0101F]

    Первый в индустрии коммутатор с 3 вариантами управления

    Серия GS2220 — это первые гибридные коммутаторы с облачным управлением Nebula, автономным режимом работы и поддержкой SNMP.

    Мощный функционал L2

    Серия GS2220 имеет богатый набор функций 2 уровня, который может формировать трафик для разнообразных развертываний VoIP, видеоконференций и IPTV. Расширенные функции управления трафиком серии GS2220, такие как L2 multicast, IGMP snooping, Multicast VLAN Registration (MVR), обеспечивают гостиницам, предприятиям и учебным заведениям большую гибкость и более эффективное управление трафиком для конвергентных приложений сегодняшнего дня.

    Индивидуальный подход к AVoIP сетям

    Интуитивно понятный мастер, который запрашивает высокоуровневые требования к сетевой инфраструктуре, а затем с помощью интеллектуальных вычислений использует все необходимые детали для настройки профессиональной системы AVoIP. Благодаря интуитивно понятному графическому обзору состояния ключевых элементов сети, таких как информация об IGMP и IP, а также упрощенному функциональному меню, вы можете легко управлять системой и контролировать ее.

    Разностороннее управление

    Поддержка технологии Zyxel NebulaFlex Pro позволяет в любое время с помощью нескольких нажатий легко переключаться между автономным режимом и бесплатной платформой облачного управления Nebula. Также в комплекте идет подписка на проф. версию Nebula сроком 1 год.

    Используйте ваши устройства с эффективностью и энергосбережением

    Модели с PoE поддерживают 802.3at (30 Вт на порт) вместе с максимальным бюджетом высокой мощности 375 Вт для удовлетворения потребностей энергоемких устройств. Интеллектуальный режим потребления позволяет выдавать только фактическую мощность, необходимую для устройств, подключенных к коммутатору, что повышает рентабельность бизнеса.

    Практически бесшумная работа

    Эта серия включает в себя как безвентиляторные модели, так и модели со встроенными интеллектуальными вентиляторами. Интеллектуальный вентилятор предназначен для автоматической регулировки скорости в зависимости от температуры устройства. Вы едва услышите звук во время работы коммутатора.

    Гибкая комбинация портов

    Серия GS2220 включает в себя медные порты и комбо-порты, модели на 50 портов поставляются с дополнительными выделенными портами SFP для восходящих каналов. Эта гибкая комбинация портов может легко использоваться в любых приложениях коммутации 2-го уровня.

    Функции

    Раздел
    Функции
    Соответствие стандартам
    • IEEE 802.3u 100BASE-TX Ethernet*
    • IEEE 802.3ab 1000BASE-T Ethernet*
    • IEEE 802.3z 1000BASE-X*
    • IEEE 802.3af PoE*
    • IEEE 802.3at PoE plus*
    • IEEE 802.3az EEE*
    • IEEE 802.3x flow control
    • IEEE 802.1AB LLDP/LLDP-MED
    • Новинка V4.70 IEEE 802.1AB LLDP-MED*
    • IEEE 802.3ad LACP aggregation*
    • IEEE 802.1D Spanning Tree Protocol (STP)*
    • IEEE 802.1w Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP)*
    • IEEE 802.1s Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP)
    • IEEE 802.1Q VLAN tagging
    • IEEE 802.1p Class of Service (CoS) prioritization*
    • IEEE 802.1X port authentication*
    * Функционал, доступный также в облачном режиме управления
    Отказоустойчивость и высокая доступность
    • IEEE 802.1D Spanning Tree Protocol (STP)*
    • IEEE 802.1w Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP)*
    • IEEE 802.1s Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP)
    • IEEE 802.3ad LACP
    • Защита от петель*
    • Root guard
    • BPDU guard
    • ErrDisable recovery
    • MRSTP (Zyxel Proprietary)
    • Два файла конфигурации
    • Два образа микропрограммы*
    * Функционал, доступный также в облачном режиме управления
    Управление трафиком
    • 802.1Q Статические VLAN* / Динамические VLAN: 1K/4K
    • Port-based VLAN
    • Protocol-based VLAN
    • IP subnet-based VLAN
    • MAC-based VLAN
    • Private VLAN
    • Voice VLAN*
    • Vendor ID based VLAN*
    • VLAN ingress filtering
    • LACP algorithm of source / destination IP or MAC
    • GVRP
    • L2PT
    * Функционал, доступный также в облачном режиме управления
    Безопасность
    • Port security*
    • Фильтрация Layer 2 MAC
    • Фильтрация Layer 3 IP
    • Фильтрация Layer 4 TCP/UDP
    • Static MAC forwarding
    • Несколько серверов RADIUS*
    • Несколько серверов TACACS+
    • 802.1x VLAN and 802.1p assignment by RADIUS
    • Аутентификация RADIUS
    • Аутентификация TACACS+
    • TACACS+ аккаунтинг
    • RADIUS аккаунтинг
    • Авторизация RADIUS
    • Авторизация TACACS+
    • SSH v2
    • SSL
    • MAC freeze
    • DHCP snooping IPv4
    • DHCP snooping IPv6
    • ARP inspection
    • Static IP-MAC-Port binding
    • Policy-based security filtering
    • Port isolation
    • IP source guard (IPv4/IPv6)
    • MAC search
    • Guest VLAN*
    • ACL packet filtering (IPv4/IPv6)
    • CPU protection
    • Interface related trap enable disable (by port)
    • MAC-based authentication per VLAN
    * Функционал, доступный также в облачном режиме управления
    Качество сервиса (QoS)
    • Кол-во аппаратных очередей на порт: 8*
    • Storm control and event log: Broadcast, multicast, unknown unicast (DLF)*
    • Port-based rate limiting* (ingress/ egress)
    • Rate limiting per IP/TCP/UDP per port
    • Policy-based rate limiting
    • 802.3x flow control
    • 802.1p Class of Service (SPQ, WFQ, WRR, hybrid-SPQ combination capable)
    • DiffServ (DSCP)
    * Функционал, доступный также в облачном режиме управления
    Layer 2 Multicast
    • L2 multicast
    • IGMP snooping (v1, v2, v3)*
    • IGMP snooping fast leave
    • Configurable IGMP snooping timer and priority
    • IGMP snooping statistics
    • IGMP throttling
    • MVR support
    • IGMP filtering
    • IGMP snooping immediate leave
    • IGMP proxy mode & snooping mode selection
    • MLD snooping
    * Функционал, доступный также в облачном режиме управления
    Управляемость
    • SNMP v1, v2c, v3
    • SNMP trap group
    • RMON (1, 2, 3, 9)
    • ICMP echo/echo reply
    • Syslog*
    • IEEE 802.1AB LLDP
    • IEEE 802.1AB LLDP-MED
    • Custom default
    • Syslog (IPv4/IPv6)
    • Display port utilization*
    • Поддержка NebulaFlex Pro для облачного управления
    * Функционал, доступный также в облачном режиме управления
    Управление IPv6
    • IPv6 over Ethernet (RFC 2464)
    • IPv6 addressing architecture (RFC 4291)
    • Dual stack (RFC 4213)
    • ICMPv6 (RFC 4443)
    • Path MTU (RFC 1981)
    • Minimum path MTU size of 1280 (RFC 5095)
    • Encapsulation for maximum PMTU of 1500
    • Neighbor discovery (RFC 4861)
    • DHCPv6 relay
    • Default DHCP client mode*
    * Функционал, доступный также в облачном режиме управления
    Управление устройством
    • Автономное управление через веб-интерфейс
    • Облачное управление Nebula*
    • Zyxel iStackingTM
    • Управление через веб-интерфейс
    • Управление через консоль, Telnet и SNMP
    • Обновление микропрограммы через FTP/Web/TFTP
    • Новинка V4.70 Специальный режим AV
    • Сохранение и извлечение конфигурации
    • Поддержка множественной авторизации
    • Клонирование конфигурации
    • Многоуровневый CLI
    • CLI (Cisco-like)
    • DHCP relay per VLAN
    • DHCP клиент IPv4*
    • DHCP клиент IPv6
    • DHCP опция 82
    • Новинка V4.70 Автоперезагрузка портов по питанию
    • DHCP авто
    • Переход на летнее время*
    • Поддержка NTP IPv4/IPv6
    • Зеркалирование портов*
    • Консольный порт RS-232
    • Расписание включения PoE*
    • Режим распределения потребления PoE по умолчанию*
    • Возврат к последним настройкам
    * Функционал, доступный также в облачном режиме управления
    MIB
    • Zyxel new private MIB
    • RFC 1066 TCP/IP-based MIB
    • RFC 1213, 1157 SNMPv2c/v3 MIB
    • RFC 1493 bridge MIB
    • RFC 1643 Ethernet MIB
    • RFC 1757 RMON group 1, 2, 3, 9
    • RFC 2011, 2012, 2013 SNMPv2 MIB
    • RFC 2233 SMIv2 MIB
    • RFC 2358 Ethernet-like MIB
    • RFC 2674 bridge MIB extension
    • RFC 2819, 2925 remote management MIB
    • RFC 3621 power Ethernet MIB
    • RFC 4022 management information base for transmission control protocol
    • RFC 4113 management information base for user datagram protocol
    • RFC 4292 IP forwarding table MIB
    • RFC 4293 Management Information Base (MIB) for IP
    • Cable diagnostic MIB
    Сертификаты

    Безопасность

    EMC

    • FCC Part 15 (Class A)
    • CE (Class A)
    • BSMI ENC

    RoHS

    Zyxel One Network

    Утилита ZON*

    • Обнаружение коммутаторов, точек доступа и шлюзов Zyxel
    • Централизованное и одновременное конфигурирование
      • Конфигурация IP
      • Обновление IP
      • Сброс устройства на заводские настройки
      • Перезагрузка устройства
      • Локатор устройства
      • Доступ к веб-интерфейсу
      • Конфигурирование пароля
      • Быстрый запуск утилиты Zyxel AP Configurator (ZAC)
    • Автоматическая проверка последней версии микропрограммы
    • Отображение серийного номера и аппаратной версии устройства
    • Опция включения/отключения облачного режима управления для гибридных устройств
    * Функционал, доступный также в облачном режиме управления

    Smart Connect

    • Обнаружение соседних устройств
    • Удаленный доступ к интерфейсу управления соседних устройств Zyxel одним щелчком мыши
    • Сброс соседних устройств на заводские настройки
    • Включение/выключение соседних устройств (только коммутаторы с PoE)
    Ограниченно пожизненная гарантия
    • Условия предоставления гарантии, доступность сервисов и время реагирования на запрос сервиса могут отличаться для разных стран и регионов

    7 Совместная коммутация каналов и пакетов

    6. Совместная коммутация каналов и пакетов

    Одной из основных отличительных особеннос­тей У-ЦСИО является то, что по ней должны переда­ваться потоки разнородной информации (представлен­ные в цифровой форме аналоговая информация и дан­ные). Очевидно, что для каждого из этих потоков тре­буется различное качество обслуживания по длитель­ности установления сеанса связи, времени доставки и вероятности передачи информации, времени и вероят­ности установления соединения и т.п. Поэтому при ис­пользовании в У-ЦСИО только одного метода коммута­ции, например КП, возникает необходимость введения различных приоритетов для тех или иных пакетов вы­зовов, чтобы удовлетворить необходимые требования к времени и вероятности установления соединения.

    В связи с этим на УК У-ЦСИО целесообразно ис­пользовать совместную коммутацию каналов и пакетов, когда в зависимости от требований, предъявляемых к качеству обслуживания различных потоков, для их пе­редачи выбирается определенный способ коммутации на УК.

    В настоящее время распространены два варианта совмеще­ния коммутации каналов с коммутацией пакетов: гиб­ридная, адаптивная.

    Гибридная коммутация. Цикл дискретизации при ИКМ, т.е. пропускная способность линии связи, делится на две области (рис. 2.16). При этом т временных интервалов в каждом кадре отводит­ся для временных каналов, а оставшаяся часть — для передачи пакетов трех сообщений: Сi, Сj и Сr. В сво­бодной от временных каналов части l-го кадра переда­ются x-е пакеты сообщений Ci и Cj» (пакеты              и                ) и часть x-то пакета сообщения Сr (первая часть пакета  , т.е. ). В очередном, (l+1)-м, кадре из оставшей­ся от m временных каналов части передаются оставша­яся часть пакета , часть     и первая часть пакета

    Адаптивная коммутация. Основана на идее статис­тического уплотнения, занятого соединением в режиме КК канала пакетами в паузах между передачей данных или при разговоре. При этом может быть значительно повышена пропускная способность линии связи. Ведь известно, что доля пауз при передаче речи составляет примерно 60%, а при диалоговой связи человека с ЭВМ она может превышать 90%. Кроме того, пакеты могут передаваться и по незанятым каналам.

    Исследование сети виртуальной инфраструктуры центра обработки данных с гибридной программно-конфигурируемой коммутацией

    УДК 004.724

    ИССЛЕДОВАНИЕ СЕТИ ВИРТУАЛЬНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ ЦЕНТРА ОБРАБОТКИ ДАННЫХ С ГИБРИДНОЙ ПРОГРАММНО-КОНФИГУРИРУЕМОЙ КОММУТАЦИЕЙ

    М. В. Ушакова, старший преподаватель кафедры ГКН ОГУ, Оренбург, Россия;
    orcid.org/0000-0003-4462-9946, e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
    Ю. А. Ушаков, к.т.н., доцент кафедры ГКН ОГУ, Оренбург, Россия;
    orcid.org/0000-0002-0474-8919, e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

    Современные тенденции развития информационных технологий привели к тому, что вся инфраструктура постепенно становится программно-управляемой. Современные гиперконвергентные решения используют программно-конфигурируемые сети и программные коммутаторы для сетевой подсистемы гипервизоров. Целью работы является исследование обработки трафика в гиперконвергентных структурах с программной коммутацией на основе традиционных подходов и протокола OpenFlow. Рассмотрены особенности реализации сетевой инфраструктуры гиперконвергентных решений, описаны подходы к изучению программно-управляемых сред. Предложена модель внутренней структуры обработки трафика конвергентного узла, совмещающего функции гипервизора, системы хранения и коммутатора. Разработаны модели интерфейсов, воспроизводящие коммутацию трафика обычным способом и с вышестоящей обработкой OpenFlow. Описываются подходы к реализации разработанных моделей на основе экспериментальных исследований сетевого оборудования. Приводятся результаты экспериментального исследования узла сети и синтезированной модели, показывающие возможность реализации предложенных подходов в рамках заданной точности.

    Ключевые слова: моделирование, OpenFlow, коммутатор, трафик, QoS.

      Скачать статью

    Подробности
    Просмотров: 165

    Гибридная оптическая коммутация для сетей центров обработки данных

    Современные сети центров обработки данных основаны на электронной коммутации и двухточечных соединениях. При рассмотрении будущих требований к центрам обработки данных эти решения будут вызывать вопросы с точки зрения гибкости, масштабируемости, производительности и энергопотребления. По этой причине недавно было предложено несколько межсоединений с оптическими коммутациями, в которых используются оптические переключатели и мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM). Однако предлагаемые до сих пор решения отличаются низкой гибкостью и не способны обеспечить дифференциацию услуг.В этой статье мы представляем новую сеть центра обработки данных, основанную на гибридной оптической коммутации (HOS). HOS сочетает в себе оптические каналы, пакеты и коммутацию пакетов в одной сети. Таким образом, различные приложения центра обработки данных могут быть сопоставлены с оптическим транспортным механизмом, который наилучшим образом соответствует характеристикам их трафика. Кроме того, предлагаемая сеть HOS обеспечивает высокую эффективность передачи и сниженное энергопотребление за счет использования двух параллельных оптических коммутаторов. Мы рассматриваем архитектуры как традиционной сети центра обработки данных, так и предлагаемой сети HOS и представляем комбинированный подход к анализу и моделированию для оценки их производительности и энергопотребления.Мы демонстрируем, что предлагаемая сеть центра обработки данных HOS обеспечивает высокую производительность и гибкость при значительном снижении энергопотребления существующих решений.

    1. Введение

    Центр обработки данных (ЦОД) — это любой большой выделенный кластер компьютеров, которым владеет и управляет одна организация. В основном за счет новых приложений облачных вычислений трафик центров обработки данных демонстрирует экспоненциальный рост. Было подсчитано, что на каждый байт данных, передаваемых через Интернет, 1   ГБ передается внутри или между центрами обработки данных [1].Cisco [2] сообщает, что хотя объем трафика, проходящего через Интернет, согласно прогнозам, достигнет 1,3 зеттабайт в год в 2016 г., объем трафика центров обработки данных уже достиг 1,8 зеттабайт в год, а к 2016 г. он увеличится почти в четыре раза и составит примерно 6,6 зеттабайт в год. , зеттабайт в год. Это соответствует совокупному годовому темпу роста (CAGR) в размере 31% с 2011 по 2016 год. Основной движущей силой этого роста является трафик облачных вычислений, который, как ожидается, увеличится в шесть раз к 2016 году, составив почти две трети общего трафика центров обработки данных.Чтобы не отставать от этих тенденций, центры обработки данных повышают свою вычислительную мощность, добавляя больше серверов. Уже сейчас крупные центры обработки данных облачных вычислений, принадлежащие поставщикам онлайн-услуг, таким как Google, Microsoft и Amazon, размещают десятки тысяч серверов в одном помещении. В связи с ожидаемым ростом трафика центра обработки данных количество серверов на объект будет увеличиваться, что создаст серьезную проблему для сети межсоединений центра обработки данных.

    Еще одна проблема, возникающая в связи с увеличением трафика в центрах обработки данных, — энергопотребление.Прямая электроэнергия, используемая центром обработки данных, в последние годы быстро растет. Куми подсчитал [3, 4], что совокупное потребление электроэнергии для центров обработки данных во всем мире удвоилось с 2000 по 2005 год. Темпы роста значительно замедлились с 2005 по 2010 год, когда потребление электроэнергии центрами обработки данных во всем мире увеличилось примерно на 56%. Тем не менее, по оценкам, в 2010 году на центры обработки данных приходилось 1,3% мирового потребления электроэнергии, что является одним из основных источников мирового потребления энергии в секторе ИКТ.

    Общее энергопотребление центра обработки данных можно разделить на энергопотребление ИТ-оборудования, энергопотребление системы охлаждения и энергопотребление цепи электропитания. Соотношение между потреблением энергии ИТ-оборудованием и общим потреблением энергии представляет собой использование энергоэффективности (PUE). PUE — важный показатель, показывающий, насколько эффективно компании используют энергию, потребляемую в их центрах обработки данных. Среднее значение PUE среди крупных центров обработки данных по всему миру оценивается примерно в 1.80 [5], что означает, что на каждый ватт ИТ-энергии 0,8 Вт расходуется на охлаждение и распределение мощности. Однако современные дата-центры показывают более высокую эффективность. Google заявляет, что его самый эффективный центр обработки данных показывает PUE всего 1,12 [5]. Отсюда можно сделать вывод, что основная экономия энергии в современных центрах обработки данных может быть достигнута за счет снижения энергопотребления ИТ-оборудования. Энергопотребление ИТ-оборудования можно дополнительно разделить на энергопотребление серверов, энергопотребление устройств хранения и энергопотребление сети межсоединений.Согласно [6] текущие сети центров обработки данных потребляют около 23% общей мощности ИТ. При увеличении размера центров обработки данных для удовлетворения высоких требований будущих облачных сервисов и приложений внутренняя сеть взаимосвязи, скорее всего, станет более сложной и энергоемкой [7]. Как следствие, проектирование более энергоэффективных сетей центров обработки данных имеет первостепенное значение для построения более экологичных центров обработки данных.

    Современные сети центров обработки данных основаны на электронных коммутационных элементах и ​​двухточечных соединениях (ptp).Электронная коммутация осуществляется с помощью обычных коммутаторов, которые соединяются между собой с помощью электронных или оптических соединений ptp. Из-за высоких перекрестных помех и затухания, зависящего от расстояния, трудно достичь очень высоких скоростей передачи данных по электрическим межсоединениям. Как следствие, для соединения высокопроизводительного центра обработки данных требуется большое количество медных кабелей, что приводит к низкой масштабируемости и высокому энергопотреблению. Технологии оптической передачи, как правило, способны обеспечить более высокие скорости передачи данных на большие расстояния, чем системы электрической передачи, что приводит к повышению масштабируемости и снижению энергопотребления.Следовательно, в последнее время центры обработки данных с высокой пропускной способностью все больше полагаются на оптические соединения ptp. Согласно исследованию IBM [8], только замена медных соединений оптическими межсоединениями ptp на основе VCSEL может снизить энергопотребление сети центра обработки данных почти в 6 раз. Однако энергоэффективность оптических межсоединений ptp ограничен энергоемким преобразованием электрического сигнала в оптический (E/O) и оптический в электрический (O/E), требуемым в каждом узле сети, поскольку коммутация выполняется с использованием электронной пакетной коммутации.

    При рассмотрении будущих требований к центрам обработки данных можно использовать межсоединения с оптическими коммутациями, в которых используются оптические коммутаторы и технология мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM), для обеспечения высокой пропускной способности связи при значительном снижении энергопотребления по сравнению с решениями ptp. В нескольких исследовательских работах было продемонстрировано, что решения, основанные на оптической коммутации, могут улучшить как масштабируемость, так и энергоэффективность по отношению к межсоединениям ptp [7, 9, 10].В результате недавно было представлено несколько архитектур межсоединений с оптическими коммутациями для центров обработки данных [11–20]. Некоторые из предложенных архитектур [11, 12] основаны на гибридной коммутации с коммутацией пакетов в электронной области и коммутацией каналов в оптической области. Другие основаны на полностью оптических переключающих элементах и ​​полагаются либо на оптическую коммутацию цепей [14, 17], либо на оптическую коммутацию пакетов/пакетов [13, 15, 16, 18, 19]. В [20] электронные коммутаторы ToR используются для связи внутри стойки, а WDM PON используется для связи между стойками.Только некоторые из этих исследований оценивают энергоэффективность оптической сети межсоединений и проводят сравнение с существующими решениями, основанными на электронной коммутации [12, 17, 20]. Кроме того, доказано, что лишь небольшая часть этих архитектур достаточно масштабируема, чтобы соответствовать ожидаемому увеличению размера центров обработки данных [15, 18, 19]. Наконец, ни в одном из этих исследований не рассматривается вопрос гибкости, то есть возможности эффективного обслуживания трафика, генерируемого различными приложениями центров обработки данных.

    С распространением облачных вычислений по всему миру постоянно появляются новые приложения и услуги для центров обработки данных с различными требованиями к трафику. Как следствие, будущие сети центров обработки данных должны быть очень гибкими, чтобы обслуживать каждое приложение с требуемым качеством обслуживания, обеспечивая при этом эффективное использование ресурсов и низкое потребление энергии. Для достижения высокой гибкости в телекоммуникационных сетях недавно были предложены подходы гибридной оптической коммутации (HOS) [21, 22].HOS сочетает в себе коммутацию оптических каналов, пакетов и пакетов в одной сети и сопоставляет каждое приложение с механизмом оптической передачи, который лучше всего соответствует его требованиям к трафику, что позволяет дифференцировать услуги непосредственно на оптическом уровне. Кроме того, HOS предусматривает использование двух параллельных оптических коммутаторов. Медленный оптический коммутатор с низким энергопотреблением используется для передачи цепей и длинных пакетов, а быстрый оптический коммутатор используется для передачи пакетов и коротких пакетов. Следовательно, используя алгоритмы планирования с учетом энергопотребления, можно динамически выбирать наиболее подходящий оптический переключающий элемент, выключая или переводя в режим пониженного энергопотребления неиспользуемые элементы.

    Продолжая работу, представленную в [23], в этой статье мы предлагаем новую сеть центра обработки данных на основе HOS. Парадигма коммутации HOS обеспечивает высокую гибкость сети, которую мы не нашли в решениях, предложенных до сих пор в технической литературе. Мы оцениваем предлагаемую архитектуру HOS, анализируя ее производительность, энергопотребление и масштабируемость. Мы сравниваем энергопотребление предлагаемой сети HOS с традиционной сетью на основе оптических межсоединений ptp. Мы демонстрируем, что у HOS есть потенциал для удовлетворения требований будущих сетей центров обработки данных, при этом значительно снижая энергопотребление текущих решений.Оставшаяся часть теста организована следующим образом. В разделе 2 мы описываем архитектуры оптических сетей ptp и HOS. В разделе 3 мы представляем модель, используемую для оценки потребления энергии. В разделе 4 мы описываем проведенный анализ и обсуждаем характеристики трафика центра обработки данных. В разделе 5 мы представляем и обсуждаем результаты и, наконец, в разделе 6 делаем выводы.

    2. Сети центров обработки данных
    2.1. Оптическая архитектура ptp

    На рис. 1 показана архитектура современного центра обработки данных, основанная на электронной коммутации и оптических соединениях ptp.Здесь несколько стоек, на которых размещены серверы, соединены между собой с помощью трехуровневой сетевой архитектуры «толстого дерева» [24]. Три уровня сети центра обработки данных — это пограничный уровень, уровень агрегации и основной уровень. На граничном уровне коммутаторы Top-of-Rack (ToR) соединяют серверы в одной стойке. Мы предполагаем, что каждая стойка содержит серверы и что каждый сервер подключен к коммутатору ToR через канал 1 Gbps. Хотя в будущих центрах обработки данных серверы могут быть подключены с помощью каналов с более высокой пропускной способностью, большинство существующих центров обработки данных по-прежнему используют каналы со скоростью 1 Гбит/с, как сообщается в [25].В будущих работах мы планируем рассмотреть более высокую пропускную способность на порт сервера и оценить влияние увеличения пропускной способности сервера. Однако стоит отметить, что производительность сети (например, пропускная способность и потери) зависит не от скорости передачи данных по линии, а от загрузки канала, которую мы рассматриваем здесь как процент от максимальной пропускной способности канала.


    К коммутатору агрегации подключено столько коммутаторов ToR, которые используют каналы 40 Gbps. Коммутаторы агрегации соединяют коммутаторы ToR на граничном уровне с использованием древовидной топологии и состоят из электронной коммутационной матрицы CMOS и электронных линейных карт (LC), которые включают регуляторы мощности, память SRAM/DRAM, механизм пересылки и драйверы LASER.Каждый коммутатор агрегации подключен к коммутатору с электронным ядром через линию WDM, состоящую из каналов длин волн, работающих на скорости 40  Гбит/с. Базовый коммутатор оснащен портами  Gbps для соединения любого количества коммутаторов агрегации. Кроме того, основной коммутатор использует порты  Gbps для подключения центра обработки данных к глобальной сети (WAN). Мы предполагаем, что центр обработки данных подключен к глобальной сети, использующей плоскость управления MPLS. Стоит отметить, что рассматриваемая оптическая архитектура ptp использует коммутацию пакетов на всех уровнях центра обработки данных.

    Коммутатор с электронным ядром представляет собой большой электронный пакетный коммутатор, состоящий из трех строительных блоков, а именно управляющей логики, коммутационной матрицы и других оптических компонентов. Логика управления состоит из модуля MPLS и блока управления коммутатором. Модуль MPLS выполняет маршрутизацию, сигнализацию и управление каналами, как определено в стандарте MPLS. Блок управления переключателем выполняет функции планирования и переадресации, а также управляет электронными переключающими элементами. Коммутационная ткань представляет собой единый электронный коммутатор, соединяющий большое количество электронных LC.Наконец, другие оптические компоненты включают в себя демультиплексоры/мультиплексоры WDM (WDM DeMux/Mux) и оптические усилители (OA), используемые в качестве усилителей для передачи в глобальную сеть.

    В центрах обработки данных со многими тысячами серверов сбои в сети межсоединений могут привести к потере большого количества важных данных. Таким образом, отказоустойчивость становится все более важным требованием для будущих крупномасштабных сетей центров обработки данных. Однако устойчивость выходит за рамки данного исследования, и мы не рассматриваем ее в этой статье, оставляя ее открытой проблемой для будущей работы.

    2.2. Архитектура HOS

    Архитектура предлагаемой оптической коммутируемой сети HOS для центров обработки данных показана на рис. 2. Сеть HOS организована по традиционной трехуровневой топологии «толстого дерева», в которой коммутаторы агрегации и основные коммутаторы заменены Край HOS и основной узел соответственно. Пограничные узлы HOS — это электронные коммутаторы, используемые для классификации и агрегации трафика. Основной узел HOS состоит из двух параллельных больших оптических коммутаторов. Краевой узел HOS может быть реализован путем добавления некоторых минимальных аппаратных модификаций к существующим электронным коммутаторам агрегации.Только электронные основные коммутаторы должны быть полностью заменены нашим основным узлом HOS. Как следствие, наша сеть центра обработки данных HOS может быть легко и быстро внедрена в существующие центры обработки данных, что представляет собой хорошее среднесрочное решение для развертывания полностью оптической сети центра обработки данных. Когда потребуется более высокая пропускная способность на сервер, например, 40 Гбит/с, операторы могут просто подключить серверы напрямую к граничным коммутаторам HOS без необходимости прохождения через электронные коммутаторы ToR.Таким образом, можно будет избежать электронного пограничного уровня, отвечая требованиям будущих центров обработки данных и снижая общее потребление энергии. В долгосрочной перспективе можно также подумать о замене электронных краевых коммутаторов HOS некоторыми оптическими устройствами для дальнейшего увеличения пропускной способности сети. Эта операция не потребует каких-либо изменений в архитектуре основного узла HOS, который можно легко масштабировать для поддержки очень высоких мощностей. Кроме того, для повышения общей производительности и энергоэффективности мы предполагаем, что основной узел HOS подключен к HOS WAN [21, 22], но в целом основной узел может быть подключен к Интернету с использованием любой сетевой технологии.


    Архитектура граничного узла HOS показана на рисунке 3. По направлению к основному коммутатору граничный узел состоит из трех модулей, а именно: классификатора, сборщика трафика и распределителя ресурсов. В классификаторе пакеты, поступающие от коммутаторов ToR, классифицируются на основе их требований прикладного уровня и связываются с наиболее подходящим оптическим транспортным механизмом. Сборщик трафика оснащен виртуальными очередями для формирования оптических пакетов, коротких пакетов, длинных пакетов и каналов.Наконец, распределитель ресурсов распределяет оптические данные по выходным длинам волн в соответствии со специальными алгоритмами планирования, направленными на максимальное использование полосы пропускания. В направлении к коммутаторам ToR граничный узел HOS содержит экстракторы пакетов для извлечения пакетов из оптических блоков данных и электронный коммутатор для передачи пакетов на коммутаторы ToR назначения.


    Что касается коммутатора с электронным ядром, мы можем разделить основной узел HOS на три строительных блока, то есть логику управления, коммутационную матрицу и другие оптические компоненты.Логика управления включает модуль GMPLS, плоскость управления HOS и блок управления переключателем. Модуль GMPLS используется для обеспечения взаимодействия с другими узлами ядра, подключенными к глобальной сети. Модуль GMPLS необходим только в том случае, если основной узел HOS подключен к глобальной сети на основе GMPLS, например, к глобальной сети, предложенной в [21, 22]. Плоскость управления HOS управляет планированием и передачей оптических каналов, пакетов и пакетов. Используются три разных алгоритма планирования, по одному для каждого типа данных, для оптимизации использования ресурсов и минимизации потребления энергии.Уникальная особенность предлагаемой плоскости управления HOS заключается в том, что пакеты могут быть вставлены в неиспользуемые слоты TDM каналов с тем же назначением. Этот метод дает несколько преимуществ, таких как более высокое использование ресурсов, более низкое потребление энергии и более низкая вероятность потери пакетов. Подробное описание алгоритмов планирования HOS можно найти в [26]. Наконец, блок управления коммутатором создает оптические пути через коммутационную матрицу. Коммутационная структура состоит из двух оптических коммутаторов: медленного коммутатора для обработки каналов и длинных пакетов и быстрого коммутатора для передачи пакетов и коротких пакетов.Быстродействующий оптический коммутатор выполнен на основе полупроводниковых оптических усилителей (ПОУ), а его коммутационные элементы организованы в неблокирующую трехкаскадную схему Клоса. Для достижения высокой масштабируемости регенераторы 3R включаются после каждого 9-го этапа SOA для восстановления оптического сигнала, как описано в [27]. Медленный оптический переключатель реализован с использованием трехмерных микроэлектромеханических систем (МЭМС). Наконец, другие оптические компоненты включают в себя WDM DeMux/Mux, OA, перестраиваемые преобразователи длины волны (TWC) и блоки извлечения/повторной вставки управляющей информации (CIE/R).TWC могут преобразовывать сигнал во всем диапазоне длин волн и используются для разрешения конфликтов данных.

    2.3. Транспортные механизмы HOS

    В этом разделе мы приводим краткое описание концепции HOS. Для более подробного объяснения данных HOS и плоскости управления мы отсылаем читателя к [22, 23, 26].

    Предлагаемая сеть HOS поддерживает три различных механизма оптической передачи, а именно, каналы, пакеты и пакеты. Различные транспортные механизмы динамически совместно используют оптические ресурсы, используя общий пакет управления, который мультиплексируется на поднесущей с оптическими данными.Использование общего управляющего пакета является уникальной особенностью предлагаемой сети HOS, которая обеспечивает высокую гибкость и высокую степень использования ресурсов. Каждый транспортный механизм использует определенный механизм резервирования, алгоритм сборки и алгоритм планирования в соответствии с информацией, содержащейся в управляющем пакете. Подробное описание плоскости управления можно найти в [26].

    Цепи — это долгоживущие оптические соединения, установленные между исходным и целевым серверами.Цепи устанавливаются с использованием механизма двустороннего резервирования, при этом входящие данные ставятся в очередь на граничном узле HOS до тех пор, пока резервирование не будет выполнено через сеть HOS. Как только соединение установлено, данные передаются прозрачно к месту назначения без каких-либо потерь или задержек, кроме задержки распространения. В сети HOS каналы планируются с наивысшим приоритетом, что обеспечивает очень низкую вероятность отказа установления канала. Как следствие, каналы хорошо подходят для приложений центров обработки данных с высокими требованиями к обслуживанию и обеспечивают долгосрочную передачу больших объемов данных «точка-точка», например миграцию виртуальных машин и надежное хранилище.Однако из-за относительно длительного времени реконфигурации оптические схемы обеспечивают низкую гибкость и не подходят для приложений, генерирующих пакетный трафик.

    Оптическая пакетная коммутация широко исследовалась в телекоммуникационных сетях в связи с ее потенциалом обеспечения высокой гибкости при сохранении ограниченных затрат и энергопотребления. При коммутации оптических пакетов перед отправкой пакета создается управляющий пакет, который отправляется в пункт назначения для одностороннего резервирования ресурсов.Сам пакет отправляется после фиксированной задержки, называемой временем смещения. Время смещения обеспечивает снижение вероятности потерь и позволяет реализовать различные классы обслуживания. В этой статье мы различаем два типа пакетов, а именно короткие и длинные пакеты, которые генерируют два разных уровня обслуживания. Длинные пакеты характеризуются большим временем смещения и передаются с использованием медленных оптических переключающих элементов. Для генерации длинного пакета входящие данные ставятся в очередь на краевом узле HOS до тех пор, пока не будет достигнута минимальная длина очереди.После достижения пакет собирается с использованием смешанного подхода «таймер/длина»; то есть пакет генерируется, как только очередь достигает или истекает таймер. Большое время смещения обеспечивает приоритетную обработку длинных пакетов по сравнению с пакетами и короткими пакетами, что снижает вероятность потерь. С другой стороны, длительное время смещения и длительное время, необходимое для пакетной сборки, приводят к большим сквозным задержкам. Короткие пакеты характеризуются меньшим временем смещения и передаются с использованием быстродействующих оптических переключающих элементов.Чтобы сгенерировать короткий пакет, мы используем подход смешанной длины/длины таймера. Короткий пакет собирается, как только длина очереди достигает фиксированного порога или истекает время таймера. Минимальная длина пакета не требуется, как в случае с длинными пакетами. Более короткое время смещения и более быстрый алгоритм сборки приводят к более высокой вероятности потерь и меньшим задержкам по сравнению с длинными пакетами. В [23] мы заметили, что пакеты подходят только для нечувствительных к задержкам приложений центров обработки данных из-за их высокой задержки.Здесь мы смогли уменьшить задержку пакетов, воздействуя на пороги, используемые в сборщиках коротких и длинных пакетов. Тем не менее, всплески представляют значительно более высокие задержки, чем пакеты и каналы, и поэтому подходят для приложений с интенсивным использованием данных, которые не предъявляют строгих требований к задержке, таких как MapReduce, Hadoop и Dryad.

    Оптические пакеты передаются по сети HOS без предварительного резервирования ресурсов. Кроме того, пакеты планируются с самым низким приоритетом.Как следствие, они показывают более высокую вероятность конкуренции по отношению к пакетам, но, с другой стороны, они также имеют меньшие задержки. Однако тот факт, что пакеты планируются с самым низким приоритетом, приводит к дополнительным задержкам буферизации в граничных узлах HOS, что приводит к более высокой задержке по отношению к каналам. Оптические пакеты сопоставляются с приложениями центра обработки данных, требующими малой задержки и генерирующими небольшие и быстро меняющиеся потоки данных. Примерами приложений центра обработки данных, которые могут быть сопоставлены с пакетами, являются приложения, основанные на вычислении параллельного быстрого преобразования Фурье (MPI FFT), такие как прогноз погоды и моделирование Земли.MPI FFT требует интенсивного обмена данными между всеми и, следовательно, требует частого обмена небольшими объектами данных.

    За более подробным описанием характеристик трафика HOS мы отсылаем читателя к [21, 22].

    3. Энергопотребление

    Энергопотребление центра обработки данных определяется как сумма энергии, потребляемой всеми его активными элементами. В нашем анализе мы учитываем только мощность, потребляемую сетевым оборудованием, и, таким образом, исключаем мощность, потребляемую системой охлаждения, цепью электропитания и серверами.

    3.1. Оптическая архитектура ptp

    Потребляемая мощность оптической архитектуры ptp определяется по следующей формуле: где – потребляемая мощность коммутатора ToR, потребляемая мощность коммутатора агрегации и потребляемая мощность коммутатора ядра. Коммутаторы ToR представляют собой обычные электронные коммутаторы Ethernet. Несколько крупных компаний, таких как HP, Cisco, IBM и Juniper, предлагают специализированные коммутаторы Ethernet для использования в качестве коммутатора ToR в сетях центров обработки данных.Мы оценили энергопотребление коммутатора ToR, усреднив значения, указанные в спецификациях, опубликованных этими компаниями. Со ссылкой на рис. 1 и 2, без ограничения общности, полагаем . Как следствие, мы можем предположить, что коммутаторы агрегации симметричны; то есть они имеют одинаковое количество входных и выходных портов. С этого момента мы будем использовать для обозначения также количества длин волн в каналах WDM, соединяющих уровни агрегации и ядра. Тогда потребляемая мощность коммутатора агрегации определяется по следующей формуле:

    Здесь — количество портов ввода/вывода, — потребляемая мощность на один порт электронного коммутатора на основе КМОП, — потребляемая мощность электронного LC при скорости 40 Гбит/с.

    Потребляемая мощность основного электронного коммутатора определяется как сумма мощности, потребляемой всеми его строительными блоками: где — потребляемая мощность логики управления, — потребляемая мощность коммутационной матрицы, — потребляемая мощность других оптических компонентов. включает потребляемую мощность модуля MPLS и блока управления коммутатором. При расчетах мы предполагаем, что электронные порты всегда активны. Это связано с тем, что современные электронные коммутаторы пока не поддерживают динамическое отключение или перевод в режим пониженного энергопотребления временно неиспользуемых портов.Причина этого в том, что временной интервал между двумя последовательными пакетами обычно слишком мал, чтобы запланировать отключение электронных портов. В результате вычисляем по следующей формуле: где — потребляемая мощность электронного LC и снова потребляемая мощность на порт электронного переключателя на основе CMOS. Наконец, включает потребление энергии только OA, поскольку WDM DeMux/Mux являются пассивными компонентами. В Таблице 1 указано энергопотребление всех представленных элементов.Значения были получены путем сбора и усреднения данных ряда имеющихся в продаже компонентов и модулей обычных систем коммутации и маршрутизации, а также из исследовательских работ. Из таблицы видно, что основными потребителями электроэнергии в традиционной сети центров обработки данных являются электронные LC, которые включают в себя компоненты для обработки и пересылки пакетов [27]. Более подробное объяснение того, как рассчитать потребляемую мощность электронного коммутатора, дано в [26].

    + 9005 9005
    3.2. HOS Architecture

    Энергопотребление сетевой архитектуры HOS определяется по следующей формуле: где — потребляемая мощность краевого узла HOS, а — потребляемая мощность основного узла HOS.Энергопотребление граничного узла HOS получается путем суммирования энергопотребления всех блоков, показанных на рисунке 3: где – потребляемая мощность классификатора, – потребляемая мощность ассемблера трафика, – потребляемая мощность модуля выделения пакетов. Для расчета энергопотребления классификатора и ассемблера мы оценили средний размер буфера, необходимый для корректной классификации и сборки. Мы получили средний требуемый размер буфера 3.080 МБ. Ассемблер и классификатор реализованы на двух больших ПЛИС, оснащенных внешними блоками оперативной памяти для обеспечения общего требуемого объема памяти 3,080 Мбайт. представляет потребляемую мощность распределителя ресурсов. Опять же, это потребляемая мощность на порт электронного переключателя на основе КМОП. Потребляемая мощность основного узла HOS получается путем суммирования потребляемой мощности логики управления, коммутационной матрицы и других оптических компонентов:

    Здесь — сумма мощности, потребляемой модулем GMPLS, плоскостью управления HOS и блоком управления коммутатором.При вычислении предполагается, что оптические порты быстрого и медленного коммутаторов выключены, когда они неактивны. Это возможно, поскольку при использовании двух параллельных коммутаторов только один из них должен быть активен для обслуживания трафика с определенного порта в указанное время. Кроме того, поскольку каналы и пакеты планируются априори, трафик, поступающий на базовый узел HOS, более предсказуем, чем трафик, поступающий на электронный базовый коммутатор. Затем мы вычисляем энергопотребление коммутационной матрицы HOS по следующей формуле:

    Здесь и – соответственно среднее количество активных портов медленных и быстрых коммутаторов, полученное в результате моделирования.и представляют собой, соответственно, потребляемую мощность на порт коммутаторов на основе SOA и MEMS. Среднее количество активных портов для конкретной конфигурации получается путем моделирования. Наконец, включает энергопотребление блоков OA, TWC и CIE/R. Значения, используемые для оценки энергопотребления сети центра обработки данных HOS, включены в Таблицу 1. Более подробное объяснение того, как вычислить энергопотребление основного узла HOS, дано в [26, 27].

    4.Подход к моделированию

    Для оценки предлагаемой сети центра обработки данных HOS мы разработали управляемый событиями симулятор C++. Симулятор принимает в качестве входных данных параметры сети и характеристики трафика центра обработки данных. Выходные данные симулятора включают производительность сети и потребление энергии.

    4.1. Трафик центра обработки данных

    В целом трафик, проходящий через центры обработки данных, можно разделить на три основные категории: трафик, который остается в центре обработки данных, трафик, который проходит из центра обработки данных в центр обработки данных, и трафик, который проходит из центра обработки данных к конечным пользователям. .Cisco [2] утверждает, что большая часть трафика находится в центре обработки данных, что составляет 76% всего трафика центра обработки данных. Этот параметр важен при проектировании размера центра обработки данных и, в частности, количества портов основного узла, соединяющего центр обработки данных с глобальной сетью. Основываясь на информации, предоставленной Cisco, мы спроектировали сети наших центров обработки данных таким образом, чтобы количество портов, соединяющих основной узел с глобальной сетью, составляло 24% от общего количества портов основного узла.

    В этой статье мы анализируем сеть взаимосвязи центра обработки данных; таким образом, мы моделируем только тот трафик, который остается в центре обработки данных. Насколько нам известно, надежная теоретическая модель сетевого трафика центра обработки данных еще не определена. Однако есть несколько исследовательских работ, в которых анализируются данные, собранные из реальных центров обработки данных [28–30]. На основе информации, собранной в этих документах, распределение скорости между поступлениями пакетов, поступающих в сеть центра обработки данных, может быть смоделировано с положительной асимметрией и распределением с тяжелыми хвостами.Это подчеркивает разницу между средой центра обработки данных и глобальной сетью, где длиннохвостое распределение Пуассона обычно обеспечивает наилучшее соответствие с реальными данными о трафике. Наилучшее соответствие [30] получается с логнормальными распределениями и Weibull , которые обычно представляют собой хорошую модель сетевого трафика центра обработки данных. Мы запускаем моделирование, используя как логнормальное распределение, так и распределение Вейбулла. Чтобы проанализировать производительность при различной нагрузке на сеть, мы рассмотрели различные значения среднего значения и стандартного отклонения логарифмически нормального распределения, а также параметры формы и масштаба распределения Вейбулла.

    В рассматриваемых сетях центров обработки данных потоки между серверами в одной стойке обрабатываются коммутаторами ToR, поэтому они не пересекают уровни агрегации и ядра. Мы определяем коэффициент внутристойкового трафика (IR) как отношение между трафиком, направленным на ту же стойку, и общим генерируемым трафиком. Согласно [28–30], IR колеблется от 20% до 80% в зависимости от категории центра обработки данных и приложений, работающих в центре обработки данных. IR влияет как на производительность, так и на энергопотребление сети HOS, поэтому мы запускаем симуляции с разными значениями IR.Вместо этого коэффициент IR оказывает незначительное влияние на энергопотребление оптической сети ptp. Это связано с тем, что в оптической сети ptp мы не учитываем отключение портов основного коммутатора, когда они неактивны, и, таким образом, энергопотребление постоянно по отношению к характеристикам сетевого трафика.

    В нашем анализе мы установили количество блейд-серверов на стойку равным 48, т. е. это типичное значение, используемое в современных высокопроизводительных центрах обработки данных. Хотя одна стойка может генерировать до 48 Гбит/с, коммутаторы ToR подключены к граничным узлам HOS с помощью каналов 40 Гбит/с, что приводит к коэффициенту переподписки, равному 1.2. Превышение лимита подписки основано на том факте, что серверы очень редко передают данные на максимальной мощности, потому что очень немногим приложениям требуется непрерывная связь. Он часто используется в существующих сетях центров обработки данных для снижения общей стоимости оборудования и упрощения проектирования сетей центров обработки данных. Как следствие, уровни агрегации и ядра центра обработки данных спроектированы так, чтобы иметь меньшую емкость по сравнению с граничным уровнем.

    При моделировании сети HOS мы моделируем трафик, генерируемый серверами, таким образом, что около 25 % потоков, поступающих на граничные узлы, требуют установления цепи, 25 % обслуживаются с использованием длинных пакетов, 25 % обслуживаются с помощью коротких пакеты, а оставшиеся 25% передаются с помощью пакетной коммутации.В этой статье мы не рассматриваем влияние различных моделей трафика, то есть частей трафика, обслуживаемых каналами, длинными пакетами, короткими пакетами и пакетами. На самом деле, мы уже оценивали этот эффект для опорных сетей в [21], где показали, что увеличение трафика, обслуживаемого каналами, приводит к несколько более высоким потерям пакетов и более заметному увеличению пакетных потерь. Поскольку в этой статье мы используем те же алгоритмы планирования, что и в [21], мы ожидаем аналогичную зависимость производительности от схемы трафика.

    4.2. Показатели производительности

    В нашем анализе мы оцениваем производительность, масштабируемость и энергопотребление предлагаемой сети центра обработки данных HOS.

    Что касается производительности, мы оцениваем среднюю скорость потери данных и среднюю задержку. При расчете среднего уровня потерь мы предполагаем, что коммутаторы ToR и граничные узлы HOS оснащены электронными буферами неограниченной емкости и, таким образом, не приводят к потерям данных. Как следствие, потери могут произойти только в основном узле HOS.Базовый узел HOS не использует буферы для разрешения конфликтов данных во временной области, но оснащен TWC для разрешения конфликтов данных в области длин волн. Мы рассматриваем один TWC на ​​порт с полной конверсионной мощностью; то есть каждый TWC способен преобразовывать сигнал во всем диапазоне длин волн. Мы определяем скорость потери пакетов (всплесков) как отношение между количеством потерянных пакетов (всплесков) и общим количеством пакетов (всплесков), прибывших на базовый коммутатор HOS. Точно так же вероятность отказа при установлении канала определяется как отношение между количеством отрицательно подтвержденных запросов и общим количеством запросов на установление канала, поступающих на базовый коммутатор HOS.Задержка определяется как время между генерацией пакета данных исходным сервером и его получением целевым сервером. Мы предполагаем, что ИК-трафик перенаправляется коммутаторами ToR с незначительной задержкой, и поэтому мы анализируем только задержку трафика между различными стойками, то есть трафик, который обрабатывается краевыми и основными узлами HOS. Задержка определяется суммой задержки распространения и задержки постановки в очередь; то есть, . Задержка распространения зависит только от физического расстояния между серверами.Физическое расстояние между серверами в центре обработки данных обычно ограничено несколькими сотнями метров, что приводит к незначительным значениям для . Затем мы решили исключить из нашего анализа и рассмотреть . Задержка в очереди включает в себя время ожидания в очереди на коммутаторе ToR и задержки, вносимые ассемблером трафика и распределителем ресурсов в граничном коммутаторе HOS (). Коммутатор с оптическим ядром HOS не использует буферы и, таким образом, не вызывает задержки в очереди. Мы ссылаемся на задержку пакетов как на среднюю задержку пакетов данных, которые передаются через основной узел HOS с использованием коммутации пакетов.Точно так же мы определяем короткую (длинную) задержку пакета как среднюю задержку пакетов данных, которые передаются через основной узел HOS с использованием коммутации коротких (длинных) пакетов. Наконец, задержка канала — это средняя задержка пакетов данных, которые передаются через основной узел HOS с использованием коммутации каналов.

    Что касается масштабируемости, мы анализируем нашу сеть HOS для различных размеров центров обработки данных. В целом центры обработки данных можно разделить на три класса: центры обработки данных университетского городка, центры обработки данных частных предприятий и центры обработки данных облачных вычислений.В то время как университетские городки и центры обработки данных частных предприятий обычно имеют до нескольких тысяч серверов, центры обработки данных облачных вычислений, управляемые крупными поставщиками услуг, оснащены десятками или даже сотнями тысяч серверов. В этой статье мы сосредоточимся на крупных центрах обработки данных облачных вычислений. Как следствие, мы варьируем размер центра обработки данных от минимум 25 000 серверов до максимум 200 000 серверов.

    Что касается энергопотребления, мы вычисляем общую мощность, потребляемую HOS и оптическими ptp-сетями, используя аналитическую модель, описанную в разделе 3.Чтобы подчеркнуть улучшения, внесенные нашим подходом HOS, мы сравнили две архитектуры с точки зрения энергоэффективности и общих выбросов парниковых газов (ПГ). Энергоэффективность выражается в джоулях энергии, потребляемой на бит успешно переданных данных. Выбросы ПГ выражаются в метрических килотоннах (кт) эквивалента двуокиси углерода (), генерируемых сетями центров обработки данных в год. Для расчета выбросов ПГ мы применяем коэффициент преобразования 0,356  выбросов на кВтч, который был найден в [31].

    5. Численные результаты

    В этом разделе мы показываем и обсуждаем результаты проведенного исследования. Во-первых, мы представляем скорость потери данных, во-вторых, сообщаем о сетевых задержках и, наконец, анализируем энергопотребление. Мы учитываем несколько параметров, а именно: загрузку сети, количество серверов, распределение трафика и коэффициент IR. Мы определяем нагрузку как отношение между общим объемом трафика, предлагаемого сети, и максимальным объемом трафика, который может быть обработан сетью.С другой стороны, количество серверов определяется и представляет собой сумму всех серверов в центре обработки данных. Наконец, для распределения трафика и коэффициента IR мы ссылаемся на определения, представленные в разделе 4.1. Конфигурация эталонного центра обработки данных представлена ​​в таблице 2. Далее мы оцениваем реакцию сети с точки зрения производительности и энергопотребления.


    Компоненты Мощность [Вт]

    верхнюю часть переключателя стойки () 650
    Агрегация переключатель
    Электронный выключатель () 8
    300
    300
    Electronic Core Switch
    Control Logic () 27 096
    оптических усилителей (1 × порт) 14 14
    HOS Edge Node
    62
    62 ассемблер () 62
    62
    Resource AlloCator () 296
    Packet Extiver () 25
    Основной коммутатор HOS
    Управляющая логика () 49 638
    SOA Switch () 20
    MEMS Switch () 0.1
    Настраиваемый длиной волны (1 × Порт) 1.69 1.69
    Электрическая информация Экстракция / переинсердий (1 × порт) 17




    48 9005


    Количество серверов на стойку () 48
    Количество TOR за русский узел HOS () 64
    Количество HOS пограничных узлов () 32
    Количество длин волн на волокон () 64
    Количество серверов в центре обработки данных () 98 304
    INTRARACK Коэффициент трафика (IR) 40% 40%

    LOGNORMAL
    Сетевая нагрузка 65%, 80%

    5.1. Уровень потерь

    В этом разделе мы показываем и обсуждаем средний уровень потери данных в сети HOS.

    На рис. 4 мы показываем среднюю скорость потери данных в сети HOS в зависимости от входной нагрузки. Рассматриваются два различных распределения времени между поступлениями трафика, генерируемого серверами, то есть логнормальное и распределение Вейбулла. На рисунке 4 показано, что скорости потери данных с логарифмически нормальным распределением и распределением Вейбулла имеют одинаковую тенденцию и очень близкие значения. В случае распределения Вейбулла коэффициенты потерь несколько ниже при низких и средних нагрузках, но они растут быстрее с увеличением нагрузки.При высоких нагрузках коэффициенты потерь, полученные с помощью распределения Вейбулла, аналогичны или немного выше, чем коэффициенты потерь, полученные с помощью логарифмически нормального распределения. Этот эффект особенно заметен для вероятности потери пакетов, где скорости потерь, полученные с помощью двух распределений, более различны. Рисунок 4 также показывает, что скорость потери пакетов всегда выше, чем скорость пакетной потери. Это связано с тем, что для пакетов заранее не резервируется ресурс. Из-за более короткого времени смещения короткие пакеты демонстрируют более высокие уровни потерь по сравнению с длинными пакетами, особенно при низких и умеренных нагрузках.Наконец, мы видим, что вероятность отказа установления канала всегда равна нулю. Мы пришли к выводу, что приложения центра обработки данных, предъявляющие строгие требования к потерям данных, могут быть отображены на каналы TDM или длинные пакеты, в то время как приложения, менее чувствительные к потерям, могут быть отображены на оптические пакеты или короткие пакеты.


    На рис. 5 показаны средние скорости потери данных в зависимости от IR. IR варьировался от 20% до 60%. На рисунке показано, что чем выше IR, тем ниже скорость потери данных.Это связано с тем, что более высокий IR приводит к меньшему объему трафика, проходящего через базовый коммутатор, что приводит к более низкой вероятности конфликтов данных. При увеличении IR с 20% до 60% потери пакетов и коротких пакетов уменьшаются соответственно на два и три порядка. Также можно заметить, что разница между уровнями потерь при 65% и 80% входной нагрузки становится более очевидной при более высоких значениях IR. Установленная вероятность отказа цепи всегда равна нулю.


    Наконец, на рис. 6 показана скорость потери данных в зависимости от количества серверов в центре обработки данных.При изменении размера ЦОД мы изменили как количество коммутаторов ToR на краевой узел HOS (), так и количество граничных узлов HOS (). Мы всегда учитываем , чтобы иметь симметричные краевые узлы HOS. Как следствие, чем выше и тем выше число длин волн в каналах WDM. Наименьшая конфигурация была получена при установке и , достигнув общего количества 25 344 серверов в центре обработки данных. Самая большая конфигурация была получена путем установки и достижения общего количества 201 600 серверов.На рисунке 6 показано, что чем выше размер сети центра обработки данных, тем ниже уровень потерь, вызванный основным узлом HOS. Это связано с тем, что в нашем анализе больший размер центра обработки данных соответствует большему количеству длин волн на канал WDM. Поскольку основной узел HOS полагается на TWC для решения конфликтов данных, чем больше число длин волн на волокно, тем выше вероятность найти доступный выходной ресурс для входящих данных. Это уникальная и очень важная особенность нашей сети центров обработки данных HOS, обеспечивающая высокую масштабируемость.Фактически, увеличивая количество длин волн на волокно (), мы можем масштабировать размер центра обработки данных, достигая улучшения производительности сети. Рисунок 6 показывает, что интенсивность потерь, особенно интенсивность потерь длинных всплесков, снижается более чем на порядок при увеличении количества серверов с 25 K до 200 K. Задержки

    В этом разделе мы рассмотрим задержку сети. Поскольку существуют различия в несколько порядков между задержками различных типов трафика, мы построили кривые в логарифмическом масштабе.

    На рис. 7 средние задержки как функция входной нагрузки показаны для двух различных распределений времени между приходами пакетов, генерируемых серверами. На рисунке видно, что задержки, полученные с помощью логнормального распределения и распределения Вейбулла, демонстрируют одинаковые тенденции. Наибольшая разница наблюдается для задержек пакетов при высоких входных нагрузках, при этом задержки, полученные с распределением Вейбулла, несколько выше. Рисунок 7 также показывает, что схемы вносят наименьшую задержку.Чтобы объяснить этот результат, давайте вспомним определение сквозной задержки. Для цепей задержка сборки связана с задержкой установки цепи. Поскольку в нашей сети задержка установки канала на несколько порядков меньше длительности канала, ее влияние на среднюю сквозную задержку незначительно. Кроме того, каналы планируются с наивысшим приоритетом распределителем ресурсов, что приводит к незначительному значению . Как следствие, задержка цепи определяется в основном задержкой на переключателях ToR.Как видно из рис. 7, схемы обеспечивают среднюю задержку менее 1,5  мкс с даже при загрузке сети до 90%. Эти значения соответствуют значениям, представленным в [15, 18, 19], где анализируются сети оптических центров обработки данных с очень малой задержкой, и подходят для приложений с очень строгими требованиями к задержке. Пакеты также не подвержены какой-либо задержке сборки, то есть , но они планируются с низким приоритетом в распределителе ресурсов, что приводит к значительным значениям для . Однако можно заметить, что задержка пакетов остается ниже 1  мкс с до 65% входной нагрузки.При нагрузках выше 65 % задержки пакетов растут экспоненциально, но остаются ограниченными несколькими десятками 90 226 мкс 90 227 с даже при нагрузках до 90 %. Эти значения аналогичны значениям, представленным для других оптических архитектур с коммутацией пакетов, например [20], и подходят для большинства современных чувствительных к задержкам приложений центров обработки данных.


    Короткие и длинные пакеты характеризуются очень высокими задержками сборщика трафика, которые определяются суммой времени, необходимого для сборки пакета, и времени смещения.Задержка ассемблера трафика на несколько порядков выше, чем и, поэтому сквозная задержка может быть аппроксимирована с помощью . Чтобы уменьшить задержки пакетов, полученные в [23], мы воздействовали на таймеры и пороги длины ассемблеров пакетов. Мы оптимизировали сборщики коротких и длинных пакетов и значительно сократили задержки пакетов. Тем не менее задержки коротких и длинных пакетов соответственно на один и два порядка выше, чем задержки пакетов, что делает пакеты подходящими только для нечувствительных к задержкам приложений центра обработки данных.На рис. 7 показано, что короткие всплески имеют почти постоянную задержку, свидетельствующую о примерно 500  мкс с. Вместо этого длительная задержка пакета уменьшается при увеличении входной нагрузки. Это связано с тем, что чем выше скорость трафика, поступающего на краевой узел HOS, тем меньше время, необходимое для достижения порога длинного пакета и запуска процесса генерации пакета. Минимальная длинная задержка пакета, которая достигается при очень высоких входных нагрузках, составляет около 2  мс. Эта задержка довольно высока для большинства текущих приложений центров обработки данных и поднимает вопрос о целесообразности использования длинных пакетов в межсоединениях будущих центров обработки данных.С одной стороны, длинные пакеты имеют то преимущество, что они обеспечивают низкий уровень потерь, особенно при низких и умеренных нагрузках, и снижают общее энергопотребление, поскольку они передаются с использованием медленных и маломощных переключающих элементов. С другой стороны, может случиться так, что у провайдера центра обработки данных нет подходящего приложения для сопоставления длинных пакетов из-за их высокой задержки. Если это так, провайдер может просто отключить режим длинных пакетов и запустить центр обработки данных, используя только пакеты, короткие пакеты и каналы.Это подчеркивает гибкость нашего подхода HOS, то есть способность сети HOS адаптироваться к фактическим характеристикам трафика.

    На рис. 8 показаны средние задержки в сети HOS в зависимости от IR. На рисунке видно, что задержки каналов и пакетов уменьшаются при увеличении ИК-трафика. Это связано с тем, что чем выше IR, тем ниже трафик, который проходит через коммутаторы ToR и граничные узлы HOS в направлении к основному узлу HOS.Это, в свою очередь, приводит к снижению и снижению . В частности, когда IR достигает 60%, для пакетов становится практически пренебрежимо мало, а задержки пакетов становятся почти равными задержкам каналов. Что касается длинных вспышек, то чем выше IR, тем выше задержки. На самом деле более высокий IR приводит к меньшей скорости поступления в краевые узлы HOS и, следовательно, к большей задержке сборки. Наконец, короткая задержка пакета почти постоянна по отношению к ИК.


    На рис. 9 показаны средние задержки в зависимости от количества серверов в центре обработки данных.На рисунке видно, что увеличение размера центра обработки данных HOS приводит к небольшому снижению сквозных задержек. Чтобы объяснить этот факт, стоит вспомнить, что при увеличении количества серверов мы также увеличиваем количество длин волн на волокно в каналах WDM. Чем выше и тем меньше время, требуемое распределителю ресурсов, чтобы найти доступный выходной ресурс, куда запланировать входящие данные; то есть чем выше, тем ниже. Этот факт еще раз подчеркивает масштабируемость предлагаемого решения HOS.


    5.3. Энергопотребление

    В этом разделе мы представляем и сравниваем энергоэффективность и выбросы парниковых газов HOS и оптических сетей центров обработки данных ptp.

    На рис. 10 показано потребление энергии на бит успешно доставленных данных в зависимости от входной нагрузки. В случае сети HOS мы рассматриваем три различных значения IR, а именно 20%, 40% и 60%. Энергопотребление оптической сети ptp не зависит от IR.Во-первых, мы учитываем общее энергопотребление сети центра обработки данных и, таким образом, включаем в наш анализ энергопотребление коммутаторов ToR. Электронные переключатели ToR вносят основной вклад в потребление энергии, особенно для сети HOS, где они потребляют более 80% от общего объема. В оптической сети ptp на коммутаторы ToR приходится около 50% общего энергопотребления. На рисунке 10 показано, что предлагаемая сеть ГОС обеспечивает экономию энергии в диапазоне от 31.5% и 32,5%. Экономия энергии достигается за счет оптической коммутационной структуры основного узла HOS, которая потребляет значительно меньше энергии по сравнению с электронной коммутационной структурой электронного основного коммутатора. Кроме того, узел оптического ядра HOS может адаптировать энергопотребление к текущему использованию сети, отключая временно неиспользуемые порты. Это приводит к дополнительной экономии электроэнергии, особенно при низких и умеренных нагрузках, когда многие порты коммутатора не используются. Однако повышение энергоэффективности, обеспечиваемое HOS, ограничено высоким энергопотреблением электронных переключателей ToR.Чтобы оценить относительное улучшение энергоэффективности, обеспечиваемое использованием граничных и базовых коммутаторов HOS вместо традиционных агрегатных и основных коммутаторов, мы также показываем на рисунке 10 энергоэффективность, полученную без потребления энергии коммутаторами ToR. Можно видеть, что относительный выигрыш, предлагаемый HOS, составляет от 75% до 76%. Электронные переключатели ToR более чем в два раза ограничивают потенциал HOS в снижении энергопотребления центра обработки данных, что поднимает вопрос о более энергоэффективной конструкции переключателей ToR.Наконец, на рис. 10 показано, что энергоэффективность сети HOS лишь незначительно зависит от коэффициента IR-трафика. При увеличении коэффициента IR потребление энергии снижается, поскольку более высокий коэффициент IR приводит к меньшему объему трафика, проходящего через основной узел HOS. Благодаря возможности отключения неиспользуемых портов, чем меньше объем трафика, проходящего через основной узел HOS, тем меньше его энергопотребление.


    На рис. 11 показаны выбросы парниковых газов в год для HOS и оптических сетей ptp в зависимости от количества серверов в центре обработки данных.Снова мы показываем как случаи с переключателями ToR, так и без них. На рисунке показано, что выбросы парниковых газов увеличиваются линейно с увеличением количества серверов в центре обработки данных. Как в случае с коммутаторами ToR, так и без них выбросы парниковых газов архитектуры HOS значительно ниже, чем выбросы парниковых газов оптической архитектуры ptp. Кроме того, наклоны кривых выбросов ПГ сети HOS ниже. Фактически, при увеличении количества серверов с 25 K до 200 K сокращение выбросов парниковых газов, предлагаемое сетью HOS, увеличивается с 30% до 32.5% при включении потребляемой мощности коммутаторов ТЗ и от 71% до 77% без учета потребляемой мощности коммутаторов ТЗ. Это связано с тем, что потребляемая мощность всего электронного оборудования линейно зависит от размера, в то время как потребляемая мощность оптического медленного переключателя существенно не увеличивается с размером. Как следствие, энергопотребление основного узла HOS увеличивается медленнее, чем энергопотребление электронного основного коммутатора.Это приводит к более высокой масштабируемости сети HOS по сравнению с оптической сетью ptp. Рисунок 11 также показывает, что при включении энергопотребления коммутаторов ToR выигрыш, предлагаемый архитектурой HOS, сильно снижается, что еще раз подчеркивает необходимость более эффективной конструкции коммутатора ToR.


    6. Выводы

    Чтобы устранить ограничения существующих соединений ptp для центров обработки данных, в этой статье мы предложили новое межсоединение с оптическим переключением, основанное на гибридной оптической коммутации (HOS).HOS интегрирует оптическую цепь, пакетную и пакетную коммутацию в одной сети, так что различные приложения центра обработки данных сопоставляются с механизмом оптической передачи, который наилучшим образом соответствует характеристикам их трафика. Это обеспечивает высокую гибкость и эффективное использование ресурсов. Производительность межсоединения HOS с точки зрения средней скорости потери данных и средних задержек была оценена с помощью моделирования сети, управляемой событиями. Полученные результаты доказывают, что сеть HOS обеспечивает относительно низкий уровень потерь и низкие задержки, которые подходят для современных приложений центров обработки данных.В частности, мы предлагаем использовать каналы для передачи основного трафика и пакеты для обслуживания трафика с максимальной эффективностью. Пакеты могут использоваться для обеспечения различных классов QoS, но их характеристики должны быть тщательно разработаны, чтобы избежать риска больших задержек в сети.

    Предлагаемая архитектура HOS предусматривает использование двух параллельных коммутаторов оптического ядра для достижения как высокой эффективности передачи, так и снижения энергопотребления. Наши результаты показывают, что межсетевое соединение HOS значительно снижает энергопотребление и выбросы парниковых газов межсоединений центра обработки данных по сравнению с текущими решениями «точка-точка».Кроме того, межсоединение HOS требует ограниченных аппаратных модификаций существующих архитектур и, таким образом, может быть реализовано в краткосрочной/среднесрочной перспективе и со скромными инвестициями для операторов. Открытый вопрос, который мы планируем подробно рассмотреть в будущих работах, заключается в том, насколько эффективно интерконнект HOS может масштабироваться с увеличением мощности серверов.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

    Гибридные коммутационные диффузоры | СпрингерЛинк

    ‘) var head = document.getElementsByTagName(«head»)[0] var script = document.createElement(«сценарий») script.type = «текст/javascript» script.src = «https://buy.springer.com/assets/js/buybox-bundle-52d08dec1e.js» script.id = «ecommerce-scripts-» ​​+ метка времени голова.appendChild (скрипт) var buybox = document.querySelector(«[data-id=id_»+ метка времени +»]»).parentNode ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(«.вариант-покупки»)).forEach(initCollapsibles) функция initCollapsibles(подписка, индекс) { var toggle = подписка.querySelector(«.цена-варианта-покупки») подписка.classList.remove(«расширенный») переменная форма = подписка.querySelector(«.форма-вариант-покупки») если (форма) { вар formAction = form.getAttribute(«действие») document.querySelector(«#ecommerce-scripts-» ​​+ timestamp).addEventListener(«load», bindModal(form, formAction, timestamp, index), false) } var priceInfo = подписка.querySelector(«.Информация о цене») var PurchaseOption = переключатель.родительский элемент если (переключить && форма && priceInfo) { toggle.setAttribute(«роль», «кнопка») toggle.setAttribute(«tabindex», «0») toggle.addEventListener («щелчок», функция (событие) { var expand = toggle.getAttribute(«aria-expanded») === «true» || ложный toggle.setAttribute(«aria-expanded», !expanded) форма.скрытый = расширенный если (! расширено) { покупкаOption.classList.add(«расширенный») } еще { покупкаOption.classList.remove(«расширенный») } priceInfo.hidden = расширенный }, ложный) } } функция bindModal (форма, formAction, метка времени, индекс) { var weHasBrowserSupport = окно.выборка && Array.from функция возврата () { var Buybox = EcommScripts ? EcommScripts.Buybox : ноль var Modal = EcommScripts ? EcommScripts.Modal : ноль if (weHasBrowserSupport && Buybox && Modal) { var modalID = «ecomm-modal_» + метка времени + «_» + индекс var modal = новый модальный (modalID) модальный.domEl.addEventListener(«закрыть», закрыть) функция закрыть () { form.querySelector(«кнопка[тип=отправить]»).фокус() } вар корзинаURL = «/корзина» var cartModalURL = «/cart?messageOnly=1» форма.setAttribute( «действие», formAction.replace(cartURL, cartModalURL) ) var formSubmit = Buybox.перехват формы отправки ( Buybox.fetchFormAction(окно.fetch), Buybox.triggerModalAfterAddToCartSuccess(модальный), функция () { form.removeEventListener («отправить», formSubmit, false) форма.setAttribute( «действие», formAction.replace(cartModalURL, cartURL) ) форма.представить() } ) form.addEventListener («отправить», formSubmit, ложь) document.body.appendChild(modal.domEl) } } } функция initKeyControls() { document.addEventListener («нажатие клавиши», функция (событие) { если (документ.activeElement.classList.contains(«цена-варианта-покупки») && (event.code === «Пробел» || event.code === «Enter»)) { если (document.activeElement) { событие.preventDefault() документ.activeElement.click() } } }, ложный) } функция InitialStateOpen() { var узкаяBuyboxArea = покупная коробка.смещениеШирина -1 ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(«.опция покупки»)).forEach(функция (опция, индекс) { var toggle = option.querySelector(«.цена-варианта-покупки») var form = option.querySelector(«.форма-варианта-покупки») var priceInfo = option.querySelector(«.Информация о цене») если (allOptionsInitiallyCollapsed || узкаяBuyboxArea && индекс > 0) { переключать.setAttribute («ария-расширенная», «ложь») form.hidden = «скрытый» priceInfo.hidden = «скрытый» } еще { переключить.щелчок() } }) } начальное состояниеОткрыть() если (window.buyboxInitialized) вернуть window.buyboxInitialized = истина initKeyControls() })()

    Блог Эрана Гампеля : Гибридный коммутатор OpenFlow

    В моем последнем посте я резюмировал решение DVR и попытался объяснить мотивацию еще одной реализации L3 в Neutron, которую я собираюсь представить в следующих постах.

    Эта серия из двух постов посвящена основным механизмам SDN и OpenFlow, которые мы использовали в контроллере L3:
    • Гибридный коммутатор OpenFlow
    • Модели SDN для управления элементами переадресации (коммутаторами)

    Гибридный коммутатор OpenFlow

    Гибридный переключатель OpenFlow был представлен в версии OpenFlow/1.1. Гибридные коммутаторы поддерживают как операционный конвейер OpenFlow, так и обычные (устаревшие) функции коммутации Ethernet.

    Гибридный коммутатор позволяет пересылать пакеты из OpenFlow

    .

    конвейера в обычный конвейер через зарезервированные порты NORMAL и FLOOD.

    Основной причиной введения гибридного коммутатора была оптимизация обработки таких операций, как изучение MAC-адресов, где реактивный подход был просто неэффективен. Выполнение обучения MAC-адресов в контроллере OpenFlow сопряжено со значительными затратами с точки зрения пропускной способности сети и задержки и не масштабируется. для больших сетей.


    На помощь приходит действие NORMAL, которое позволяет нам разгрузить устаревший конвейер, не относящийся к OpenFlow (например, механизм обучения MAC, VLAN, ACL, QoS и другие базовые функции) в модуль ядра элемента пересылки, который оптимизирован для обработки таких операций в кратчайшие сроки. скорость линии.

    Но что происходит, когда НОРМАЛЬНОЕ действие используется в потоке OpenFlow?

    По сути, происходит то, что трафик перенаправляется на полностью отдельный конвейер обработки. Это показано на диаграмме ниже.


    Трубопроводы OVS Hybrid OpenFlow Switch

    Конвейер OpenFlow и нормальный конвейер действуют как полностью изолированные коммутаторы.

    Однако есть некоторые проблемы с этим гибридным подходом.
    • Конвейер NORMAL не стандартизирован, поэтому он ведет себя по-разному на коммутаторах разных поставщиков. Существуют различия в поддерживаемых функциях и нет стандартного способа их настройки
    • НОРМАЛЬНЫЙ конвейер плохо сочетается с некоторыми действиями OpenFlow, например, если порт помечен для НОРМАЛЬНОГО конвейера (с помощью ovs-vsctrl), вы не можете пометить его с помощью действий OpenFlow, а затем перенаправить на НОРМАЛЬНЫЙ путь, потому что он в конечном итоге будет удален из-за ошибки двойной маркировки.

    Расширения Open virtual Switch для OpenFlow были разработаны для поддержки этих дополнительных функций с использованием потоков, например действия LEARN (расширение Open vSwitch для OpenFlow) для изучения MAC-адресов.

    В следующем посте я расскажу о моделях SDN для управления элементами пересылки в реактивном, проактивном и смешанном режимах.

    Гибридная коммутация — Компьютерная сеть

    Гибридная коммутация услуги с коммутацией пакетов должны предоставляться в одной и той же сети связи.Оно использует синхронные слоты на основе схемно-ориентированной сети.

    Гибридная коммутация, сочетающая в себе принципы как с коммутацией каналов, так и с коммутацией пакетов. Этот метод сначала разделяет сообщение на пакеты (коммутация пакетов) и передает каждый пакет через выделенный схема (схема коммутации). Как только пакет готов к передаче, между отправляющий и принимающий узлы. Когда пакет достигает пункта назначения, цепь прерывается, чтобы ее можно было использовать снова.В этом сценарии много преимуществ, но также требует чрезвычайно быстрого оборудования для коммутации каналов.

    Гибридный коммутатор: использование слота как с ориентацией на соединение (CO), так и со слотом без ориентации (CL)

    В гибридной архитектуре коммутация каналов существует бок о бок, так что полоса пропускания две услуги. Таким образом, пакетная подсеть визуализируется как сеть с различная вместимость багажника в зависимости от нагрузки. Пользователь может выбрать любой контур или пакетной службы, в зависимости от характеристик соединения и потребностей.

    Гибридная система коммутации пакетов и каналов позволяет объединять пакетный и цепной трафик от модулей пользовательского интерфейса на Шина TDM (мультиплексирование с временным разделением) и передача информации о пакетах из одного модуля к другому модулю или обмен информацией о цепи между модули. Обмен цепями или передача пакетов выполняются синхронно на шины TDM пакетами с периодом T, каждый пакет содержит фиксированное число байт.

       Блок-схема гибридной коммутации

    Гибридная коммутация динамически сочетает виртуальные сквозное и червоточиновое переключение для обеспечения более высокой достижимой пропускной способности, чем одной червоточины, при этом значительно уменьшая буферное пространство, необходимое для промежуточные узлы по сравнению с виртуальным проходом.Эта схема мотивировано сравнением виртуального сквозного и червоточинного переключения через моделирования на уровне цикла, а затем оцениваются с использованием тех же методов.

           Технологии гибридного переключения

    Доступность и гибкость виртуальных каналов привели к развитию нескольких гибридных методов переключения. Эти методы были мотивированы желанием объединить преимущества нескольких основных подходов или были мотивированы необходимостью оптимизации показателей производительности, отличных от традиционные задержки и пропускная способность, например, отказоустойчивость и надежность.

    Некоторые распространенные методы гибридного переключения:

    1.  Переключение через червоточину с буферизацией — техника переключения который сочетает в себе аспекты коммутации червоточин и коммутации пакетов с буферизацией коммутация через червоточину. Техника коммутации и форматы сообщений были обусловлены сетью взаимосвязей, используемой в системах SP.
    2. Конвейерная коммутация цепей — Конвейерная коммутация цепей (PCS) сочетает в себе аспекты коммутации каналов и коммутации червоточин. PCS устанавливает путь до начала передачи данных, как при переключении каналов.По сути, PCS отличается от коммутации каналов тем, что пути формируются виртуальными каналами, а не физическими. При конвейерной коммутации каналов пакеты данных не следуют сразу за заголовком, попадающим в сеть, как при переключении через червоточину. Следовательно, повышенная гибкость доступна при маршрутизации заголовка.
    3. Разведывательное переключение. Разведывательное переключение гибридный механизм управления потоком сообщений, который можно динамически конфигурировать для обеспечения специфический компромисс между отказоустойчивостью и производительностью..В PCS первый пакет данных вводится в сеть только после того, как был установлен полный путь. В попытке сократить затраты времени на настройку пути PCS при разведочном переключении первый поток данных ограничивается тем, что за заголовком маршрутизации остается не менее K ссылок.

     

          Преимущества гибридного переключения

    •        Ручки гораздо более разнообразный спектр трафика.
    •        Оптимизация между коммутацией каналов и коммутацией пакетов.
    •        Нижний сложность и плата, чем быстрый коммутатор пакетов.
    •        Может предоставить выделенное оборудование для каждого типа трафика.

         Недостатки гибридного переключения

    •    Невозможно поддерживать максимальную гибкость для будущих услуг, потому что будущее распределение спутникового канала и пакетного трафика неизвестно.
    •   Отходы спутниковых ресурсов, чтобы быть спроектированными для обработки полной емкости спутниковый трафик.

      

       Схема гибридного коммутатора

    Справочник 3

    [PDF] Helios: гибридная архитектура электрических/оптических коммутаторов для модульных центров обработки данных

    ПОКАЗАНЫ 1-10 ИЗ 44 ССЫЛКИ

    СОРТИРОВАТЬ ПОРелевантностьНаиболее влиятельные документыНедавность

    VL2: масштабируемая и гибкая сеть центров обработки данных

    VL2 является практичной сетевая архитектура, которая масштабируется для поддержки огромных центров обработки данных с одинаковой высокой пропускной способностью между серверами, изоляцией производительности между службами и семантикой Ethernet уровня 2, и построена на рабочем прототипе.Expand

    Масштабируемая общедоступная сетевая архитектура центра обработки данных

    В этом документе показано, как использовать широко распространенные коммутаторы Ethernet для поддержки полной совокупной пропускной способности кластеров, состоящих из десятков тысяч элементов, и утверждается, что правильно спроектированные и взаимосвязанные серийные коммутаторы могут обеспечить более высокую производительность при дешевле, чем у современных решений более высокого класса. Expand

    Масштабирование интернет-маршрутизаторов с помощью оптики

    В этом документе рассматривается, как можно использовать оптику для масштабирования пропускной способности и снижения энергопотребления маршрутизатора, а также описываются две различные реализации на основе технологий, доступных в ближайшие три года.Expand

    Hedera: динамическое планирование потоков для сетей центров обработки данных Представлено

    Hedera, масштабируемая система динамического планирования потоков, которая адаптивно планирует многоступенчатую коммутационную матрицу для эффективного использования совокупных сетевых ресурсов и обеспечивает полосу пропускания пополам, которая составляет 96% от оптимальной и выше. на 113 % лучше, чем методы статической балансировки нагрузки. Расширение

    путей разгрузки сетей центров обработки данных

    Изучение потребностей приложений в производственном центре обработки данных с серверами показывает, что, за исключением нескольких исключений, потребности приложений обычно могут быть удовлетворены сетью, которая немного перегружена, и рекомендуется использовать гибридную архитектуру. разобраться с оставшимися горячими точками.Expand
    • View 1 выдержка, справочная информация

    Терабитная пакетная коммутация

    Представлена ​​архитектура систем пакетной коммутации, предназначенная для переключения данных между каналами WDM, при этом каждая ссылка рассматривается как общий ресурс, а не просто как набор независимых каналов. Expand
    • Посмотреть 4 выдержки, справочная информация

    Гибридный режим | Юнос ОС

    Гибридный режим поддерживается в Juniper Networks. МХ104, МХ240, Универсальные платформы маршрутизации MX480 и MX960 и Juniper Networks MX80 Универсальные платформы маршрутизации с поддержкой точной синхронизации (MX80-P) и синхронизацией поддержка (MX80-T).

    Порты WAN 10GE, 40G и 100GE на маршрутизаторах MX10003 и MX204 поддерживают гибридный особенность режима.

    На маршрутизаторах MX240, MX480, MX960, MX2008, MX2010 и MX2020 комбинированный работа возможна только тогда, когда клиент PTP и источник Synchronous Ethernet находятся на одном и том же расширенном MPC и прослеживаются до одних и тех же первичных эталонных часов (КНР). На MX10003 синхронный Источником Ethernet может быть любой MPC для комбинированного операция.

    ОС Junos

    поддерживает гибридный режим по группе агрегации каналов (LAG) для MPC2E NG, MPC3E Линейные карты NG, MPC5E, MPC6E, MPC7E-10G, MPC7E–MRATE, MPC8E, MPC9E и MPC10E. То гибридная работа с LAG поддерживается только в том случае, если первичный и вторичный синхронные Интерфейсы Ethernet присутствуют на той же линейной карте. MPC2E NG, MPC3E NG, Линейные карты MPC5E, MPC6E, MPC7E-10G, MPC7E–MRATE, MPC8E и MPC9E поддерживают оба протокола PTP. по IPv4 и PTP по Ethernet в гибридном режиме по LAG.Линейные карты MPC10E поддержка PTP через Ethernet в гибридном режиме через LAG.

    В этой таблице приведены сведения о первом выпуске ОС Junos, который поддерживает гибридный режим через LAG. на различных устройствах Juniper Networks:

    Таблица 1. Гибридный режим с поддержкой LAG

    Сетевые устройства Juniper

    PTP через IPv4 в гибридном режиме через LAG

    PTP через Ethernet в гибридном режиме через LAG

    MPC2E НГ

    17.2R1

    21.2R1

    MPC3E НГ

    17.2R1

    21.2R1

    МПК5Е

    17.2R1

    18.2R1

    МПК6Е

    17.2R1

    18.2R1

    МПК7Е-10Г

    18.1R1

    18.3R1

    MPC7E–MRATE

    18.1R1

    18.3R1

    МПК8Е

    18.1R1

    18.3R1

    МПК9Е

    18.1R1

    18.3R1

    МПК10Е

    21.1R1

    PTX10K-LC1201-36CD с PTX10008

    22.ОС Junos 1R1 Evolved

    При работе в качестве ведомых устройств PTP маршрутизаторы MX80-P могут принимать любые внешние синхронные Часы Ethernet используются в качестве эталона и не поддерживают встроенный источник синхронизации здания. (BITS) в качестве источника частоты в гибридном режиме работы. Только синхронный Источники Ethernet разрешены в гибридном режиме. Обратите внимание, что при выборе синхронного Сбой ссылки Ethernet, маршрутизатор продолжает работать в режиме PTP.

    Унифицированное обновление программного обеспечения в процессе эксплуатации (унифицированный ISSU) не поддерживается, когда часы синхронизация настроена для гибридного режима на MX80-P, МХ80-Т, МХ10003, МХ2008, МХ2010, маршрутизаторы MX2020, а также на микрофонах и расширенные MPC на маршрутизаторах MX240, MX480 и MX960.

    Примечание:

    Для переключения между режимами PTP и Synchronous Ethernet необходимо сначала деактивировать конфигурацию для текущего режима, а затем зафиксируйте конфигурацию.Ждать в течение 30 секунд, а затем настройте новый режим и связанные с ним параметры, а затем затем зафиксируйте конфигурацию.

    Гибридные сетевые топологии

    : типы, использование и примеры — Видео и расшифровка урока

    Гибридные сетевые топологии

    Гибридная топология представляет собой соединение двух или более базовых сетевых топологий, каждая из которых содержит собственные узлы. Результирующая взаимосвязь позволяет узлам в данной базовой топологии взаимодействовать с другими узлами в той же базовой топологии, а также с узлами в других базовых топологиях в рамках гибридной топологии.Преимущества гибридной сети включают повышенную гибкость, поскольку можно легко добавлять новые базовые топологии или удалять существующие, а также повышенную отказоустойчивость.

    Типы гибридных сетевых топологий

    Существуют различные типы гибридных сетевых топологий в зависимости от базовых топологий, составляющих гибридную, и примыкающей топологии, соединяющей базовые топологии.

    Ниже приведены некоторые топологии гибридных сетей:

    1. Топология сети «звезда-кольцо»

    В гибридной топологии «звезда-кольцо» набор топологий «звезда» соединен топологией «кольцо» в качестве примыкающей топологии .Присоединение каждой топологии «звезда» к топологии «кольцо» представляет собой проводное соединение.

    На рис. 1 схематично представлена ​​топология «звезда-кольцо»:

    На рисунке 1 отдельные узлы данной топологии типа «звезда», такие как Топология типа «звезда» 1 , соединены между собой центральным коммутатором, который, в свою очередь, обеспечивает внешнее соединение с другими топологиями типа «звезда» через узел A в топологии основного кольца.

    Информация от заданной топологии «звезда», достигающая соединительного узла в топологии основного кольца, такой как A , передается двунаправленным или однонаправленным образом.Двунаправленный поток гарантирует, что сбой в одном узле топологии основного кольца не приведет к полному нарушению потока информации в топологии основного кольца.

    2. Топология сети «звезда»

    Топология сети «звезда» состоит из набора топологий «звезда», соединенных топологией центральной шины. Присоединение каждой топологии «звезда» к топологии «шина» представляет собой проводное соединение.

    На рис. 2 схематично представлена ​​топология шины «звезда»:

    В этой конфигурации топология главной шины обеспечивает магистральное соединение, которое соединяет отдельные звездообразные топологии.Магистраль в данном случае представляет собой проводное соединение.

    3. Топология иерархической сети

    Топология иерархической сети структурирована на разных уровнях в виде иерархического дерева. По этой причине ее также называют топологией древовидной сети.

    На рис. 3 схематично представлена ​​топология иерархической сети:

    Соединение нижних уровней, таких как уровень 2, с более высокими уровнями, такими как уровень 1, осуществляется посредством проводного соединения.Самый верхний уровень, уровень 0, содержит родительский (корневой) узел. Второй уровень, уровень 1, содержит дочерние узлы, которые, в свою очередь, имеют дочерние узлы на уровне 3. Все узлы на данном уровне имеют родительский узел более высокого уровня, за исключением узлов на самом верхнем уровне.

    Узлы самого нижнего уровня называются конечными узлами, поскольку они являются периферийными и не являются родительскими ни для одного другого узла. На базовом уровне топология древовидной сети представляет собой набор топологий звездообразных сетей, расположенных на разных уровнях.Каждый уровень, включая самый верхний, может содержать один или несколько узлов.

    Гибридные сетевые топологии Использование

    Решение использовать гибридную сетевую топологию по сравнению с базовой топологией в сети в основном основано на организационных потребностях, которые должны быть удовлетворены предполагаемой сетью. Ниже приведены некоторые из причин, по которым организация может выбрать гибридную топологию в качестве предпочтительной топологии сети:

    1. Там, где требуется гибкость и простота роста сети

    Рост сети — это добавление новых сетевых узлов к существующей сеть.Гибридная сеть упрощает добавление новых узлов в сеть, поскольку изменения можно вносить как на базовом уровне сети, так и в основной сети.

    Например, в кампусе могут быть разные общежития, каждое из которых может иметь свою собственную сеть. Отдельные сети общежитий имеют право добавлять новые узлы в свою сеть в любое время, не затрагивая другие сети общежитий. Кроме того, к существующей основной сети могут быть добавлены новые сети общежитий. В случае, если есть пользователь, которому необходимо покинуть сеть общежития, конфигурация сети другого общежития не затрагивается.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.

    2022 © Все права защищены.