Устройство для создания сетей ethernet на основе витой пары
Использование кабелей витой пары в стандартных сетях Ethernet стало началом новой эпохи в развитии сетей. Некоторое время разочарованные пользователи экспериментировали с переходниками тонкий-Ethernet - витая пара, чтобы приспособить имеющийся телефонный кабель к использованию в сетевых соединениях. Некоторые производители создали специальные сетевые платы и концентраторы для витой пары Ethernet. Со временем стандарт вошел в моду под номером IEEE 802.3, и так появилась новая топология сетевой пары Ethernet под названием 10BaseT.
10Base2 (также известный как тонкий ethernet) — вариант Ethernet, использующий в качестве среды передачи данных тонкий коаксиальный кабель типа RG-58.
10Base5 (также известен как толстый Ethernet) — оригинальный (первый) «полный вариант» спецификации кабельной системы Ethernet, использовал специальный коаксиальный кабель типа RG-8X. Это жёсткий кабель, диаметром примерно 9 мм, с волновым сопротивлением 50 Ом, с жёсткой центральной жилой, пористым изолирующим заполнителем, защитным плетёным экраном и защитной оболочкой.
Этот новый стандарт и его высокоскоростные преемники были хорошо восприняты и оказались весьма надежными в плане эксплуатации. Они ока зались настолько успешными, что полностью вытеснили из сетей своих предшественников 10Base5 и 10Base2. Необходимость в создании универ сальной телекоммуникационной кабельной системы, которая дала бы воз возможность стабильного функционирования 10BaseT, явилась толчком к соз данию новых стандартов кабелей и компонентов, что привело к появлению стандарта EIA/TIA-568.
В наши дни, когда уже Ethernet со скоростью 10 Мбит/с кажется слишком медленным, были созданы сети со скоростью 100 Мбит/с, затем со скоростью 1000 Мбит/с (1 Гбит/с), а затем появился кабель витой пары со скоростью 10 Гбит/с. Комиссии по выработке: стандартов зорко следили за всем проис ходящими создавали новые стандарты скоростей 100 Мбит/с, 1000 Мбит/с и 10 Гбит/с для сетевых плат, концентраторов, коммутаторов, кабелей и компо нентов кабельных систем.
Сначала мы расскажем о классической топологии сетей на основе медного кабеля витой пары 10BaseT, так как она в принципе идентична 100/1000BaseT. В самом деле, совместимые сетевые карты и коммутаторы со скоростями 10 или 100 Мбит/с (соответственно 10/100BaseT) получили широкое распространение. Затем мы опишем то, что отличает 100 и 1000BaseT от остальных видов. Сети со скоростью 10 Гбит/с на основе медных кабелей под названием 10GbaseT будут описаны в следующем разделе, по сути дела это просто более быстрые варианты 1000BaseT4. В этой же главе будут описаны и стандарты сетей 10 Гбит/с на основе медных и волоконно-оптических кабелей.
Кто-то считает, что это очевидные вещи, другие скажут, что скучная и ненужная теория. Тем не менее на собеседованиях периодически можно услышать подобные вопросы. Мое мнение: о том, о чем ниже пойдет речь, нужно знать всем, кому приходится брать в руки «обжимку» 8P8C (этот разъем обычно ошибочно называют RJ-45). На академическую глубину не претендую, воздержусь от формул и таблиц, так же за бортом оставим линейное кодирование. Речь пойдет в основном о медных проводах, не об оптике, т.к. они шире распространены в быту.
Технология Ethernet описывает сразу два нижних уровня модели OSI. Физический и канальный. Дальше будем говорить только о физическом, т.е. о том, как передаются биты между двумя соседними устройствами.
Технология Ethernet — часть богатого наследия исследовательского центра Xerox PARC. Ранние версии Ethernet использовали в качестве среды передачи коаксиальный кабель, но со временем он был полностью вытеснен оптоволокном и витой парой. Однако важно понимать, что применение коаксиального кабеля во многом определило принципы работы Ethernet. Дело в том, что коаксиальный кабель — разделяемая среда передачи. Важная особенность разделяемой среды: ее могут использовать одновременно несколько интерфейсов, но передавать в каждый момент времени должен только один. С помощью коаксиального кабеля можно соединит не только 2 компьютера между собой, но и более двух, без применения активного оборудования. Такая топология называется шина. Однако если хотябы два узла на одной шине начнут одновременно передавать информацию, то их сигналы наложатся друг на друга и приемники других узлов ничего не разберут. Такая ситуация называется коллизией, а часть сети, узлы в которой конкурируют за общую среду передачи — доменом коллизий. Для того чтоб распознать коллизию, передающий узел постоянно наблюдает за сигналов в среде и если собственный передаваемый сигнал отличается от наблюдаемого — фиксируется коллизия. В этом случае все узлы перестают передавать и возобновляют передачу через случайный промежуток времени.
Диаметр коллизионного домена и минимальный размер кадра
Таким образом чем больше потенциальный размер сегмента сети, тем больше накладных расходов уходит на передачу порций данных маленького размера. Разработчикам технологии Ethernet пришлось искать золотую середину между двумя этими параметрами, и минимальным размером кадра была установлена величина 64 байта.
Витая пара и дуплексный режим рабты
Витая пара в качестве среды передачи отличается от коаксиального кабеля тем, что может соединять только два узла и использует разделенные среды для передачи информации в разных направлениях. Одна пара используется для передачи (1,2 контакты, как правило оранжевый и бело-оранжевый провода) и одна пара для приема (3,6 контакты, как правило зеленый и бело-зеленый провода). На активном сетевом оборудовании наоборот. Не трудно заметить, что пропущена центральная пара контактов: 4, 5. Эту пару специально оставили свободной, если в ту же розетку вставить RJ11, то он займет как раз свободные контакты. Таким образом можно использовать один кабели и одну розетку, для LAN и, например, телефона. Пары в кабеле выбраны таким образом, чтоб свести к минимуму взаимное влияние сигналов друг на друга и улучшить качество связи. Провода одной пару свиты между собой для того, чтоб влияние внешних помех на оба провода в паре было примерно одинаковым.
Для соединения двух однотипных устройств, к примеру двух компьютеров, используется так называемый кроссовер-кабель(crossover), в котором одна пара соединяет контакты 1,2 одной стороны и 3,6 другой, а вторая наоборот: 3,6 контакты одной стороны и 1,2 другой. Это нужно для того, чтоб соединить приемник с передатчиком, если использовать прямой кабель, то получится приемник-приемник, передатчик-передатчик. Хотя сейчас это имеет значение только если работать с каким-то архаичным оборудованием, т.к. почти всё современное оборудование поддерживает Auto-MDIX — технология позволяющая интерфейсу автоматически определять на какой паре прием, а на какой передача.
Возникает вопрос: откуда берется ограничение на длину сегмента у Ethernet по витой паре, если нет разделяемой среды? Всё дело в том, первые сети построенные на витой паре использовали концентраторы. Концентратор (иначе говоря многовходовый повторитель) — устройство имеющее несколько портов Ethernet и транслирующее полученный пакет во все порты кроме того, с которого этот пакет пришел. Таким образом если концентратор начинал принимать сигналы сразу с двух портов, то он не знал, что транслировать в остальные порты, это была коллизия. То же касалось и первых Ethernet-сетей использующих оптику (10Base-FL).
Зачем же тогда использовать 4х-парный кабель, если из 4х пар используются только две? Резонный вопрос, и вот несколько причин для того, чтобы делать это:
- 4х-парный кабель механически более надежен чем 2х-парный.
- 4х-парный кабель не придется менять при переходе на Gigabit Ethernet или 100BaseT4, использующие уже все 4 пары
- Если перебита одна пара, можно вместо нее использовать свободную и не перекладывать кабель
- Возможность использовать технологию Power over ethernet
Не смотря на это на практике часто используют 2х-парный кабель, подключают сразу 2 компьютера по одному 4х-парному, либо используют свободные пары для подключения телефона.
Gigabit Ethernet
В отличии от своих предшественников Gigabit Ethernet всегда использует для передачи одновременно все 4 пары. Причем сразу в двух направлениях. Кроме того информация кодируется не двумя уровнями как обычно (0 и 1), а четырьмя (00,01,10,11). Т.е. уровень напряжения в каждый конкретный момент кодирует не один, а сразу два бита. Это сделано для того, чтоб снизить частоту модуляции с 250 МГц до 125 МГц. Кроме того добавлен пятый уровень, для создания избыточности кода. Он делает возможной коррекцию ошибок на приеме. Такой вид кодирования называется пятиуровневым импульсно-амплитудным кодированием (PAM-5). Кроме того, для того, чтоб использовать все пары одновременно для приема и передачи сетевой адаптер вычитает из общего сигнала собственный переданный сигнал, чтоб получить сигнал переданный другой стороной. Таким образом реализуется полнодуплексный режим по одному каналу.
Дальше — больше
10 Gigabit Ethernet уже во всю используется провайдерами, но в SOHO сегменте не применяется, т.к. судя по всему там вполне хватает Gigabit Ethernet. 10GBE качестве среды распространения использует одно- и многомодовое волокно, с или без уплотнением по длине волны, медные кабели с разъемом InfiniBand а так же витую пару в стандарте 10GBASE-T или IEEE 802.3an-2006.
40-гигабитный Ethernet (или 40GbE) и 100-гигабитный Ethernet (или 100GbE). Разработка этих стандартов была закончена в июле 2010 года. В настоящий момент ведущие производители сетевого оборудования, такие как Cisco, Juniper Networks и Huawei уже заняты разработкой и выпуском первых маршрутизаторов поддерживающих эти технологии.
В заключении стоит упомянуть о перспективной технологии Terabit Ethernet. Боб Меткалф, создатель предположил, что технология будет разработана к 2015 году, и так же сказал:
Чтобы реализовать Ethernet 1 ТБит/с, необходимо преодолеть множество ограничений, включая 1550-нанометровые лазеры и модуляцию с частотой 15 ГГц. Для будущей сети нужны новые схемы модуляции, а также новое оптоволокно, новые лазеры, в общем, все новое
UPD: Спасибо хабраюзеру Nickel3000, что подсказал, про то что разъем, который я всю жизнь называл RJ45 на самом деле 8P8C.
UPD2:: Спасибо пользователю Wott, что объяснил, почему используются контакты 1,2,3 и 6.
В статье разбираются часто встречающиеся вопросы построения сетей 10 Gigabit Ethernet, в частности: выбор среды для передачи данных с учётом известных преимуществ и недостатков, некоторые нюансы по поводу монтажа, прокладки и мониторинга.
Статья построена по принципу «от общего к частному» — вначале рассматриваются общие вопросы, в конце перейдём к конкретным примерам оборудования для 10G.
«Витая пара — это 10 Gigabit для бедных?»
Иногда встречается мнение, что оптоволокно — это всегда шаг вперёд по сравнению с любым медным проводником. Проще говоря, «Оптика — это круто, это на века, давайте использовать только её». На самом деле такой подход не просто ошибочен, а может оказаться очень даже вреден. Ниже приводится несколько факторов, которые помогут выбрать между витой парой и оптоволоконным соединением.
Подключение серверов к LAN и SAN для обеспечения скоростного доступа
Здесь вполне очевиден принцип: «чем больше, тем лучше». Потери в скорости подключения блочных устройств по iSCSI или, например, сетевых ресурсов по NFS для виртуальной системы способны нанести серьёзный урон.
Точно также рекомендуется использовать DAC как самый оптимальный вариант цена/качество.
Для расстояний более 5м стоит рассматривать оптоволокно, или, в случае особой необходимости, например, при наличии только определённых типов портов — витую пару Cat.7, или даже Cat.7a (рассчитана на скорость до 40 Gigabit, может потребоваться, если необходимо заложить резерв сети SAN для более высокой скорости).
Рекомендации по построению сети 10G
Технологии передачи сигнала: Single mode и Multi mode
Single mode. Из названия сразу понятен принцип работы. Для передачи сигнала используется один световой или лазерный луч. В качестве среды передачи — оптическое волокно с относительно небольшим диаметром светопроводящего канала (не более 10 микрон). Диаметр оболочки \~125 мкм. Обозначение на маркировке «9/125», где указывается соотношение диаметра сердцевины и самой оболочки или просто «SM». Основным плюсом является возможность передачи сигнала на большие расстояния.
Multi mode. Оптический проводник имеет больший диаметр световода и способен пропускать несколько пучков света (мод). Оболочка имеет такой же диаметр, как и одномодовое. По размеру диаметра используют волокно 50 и 62,5 мкм, с соответствующими маркировками: «MM 50/125» и «ММ 62.5/125» (+р). Обычно, когда говорят о «многомодовой оптике» в LAN, имеют в виду 50 мкм.
Для передачи 10G на расстояние до 300м используется многомодовое оптоволокно класса OM3 (кабели 50/125мкм обозначаются бирюзовым цветом).
Основным преимуществом многомодового оптоволокна является его гибкость (можно менять направление при прокладке под углом до 90 градусов. Из ограничений можно отметить передачу сигнала на меньшее расстояние (по сравнению с single mode).
Также оптические патчкорды отличаются типом коннекторов. На практике часто используется LC (Lucent Connector). Он имеет корпус из пластика и защелку.
Патчкорды бывают одинарные (simplex) и двойные (duplex) как для одномодовых, так и многомодовых оптоволоконных соединений.
Трансиверы и DAC
Zyxel для своего оборудования предлагает оптоволоконные трансиверы и DAC. Однако это совсем не означает, что только они подходят к устройствам Zyxel. Нет никаких ограничений в использовании. Основная политика — совместимость с различными моделями, вендорами и т.д.
Рисунок 5. SFP10G-LR-E — SFP+ (10G)
Таблица 2. Трансиверы Zyxel для 10G (SFP+).
SFP10G-SR | SFP10G-SR-E | SFP10G-LR | SFP10G-LR-E | |
---|---|---|---|---|
Коннектор | Дуплекс LC | LC | Дуплекс LC | LC |
Длина волны (нм) | 850 | 850 | 1310 | 1310 |
Максимальное расстояние передачи (км) | 0,3 | 0,3 | 10 | 10 |
Поддержка функций DDMI | Да | Да | Да | Да |
Тип оптического волокна | Мультимод | Мультимод | Одномод | Одномод |
Кол-во в упаковке | 1 штука | 10 штук | 1 штука | 10 штук |
Точно также обстоит дело и с кабелями DAC. Никаких ограничений, просто покупаете и используете. Есть модели 1м и 3м.
Рисунок 6. DAC10G-3M 10 гигабитный DAC кабель на 3 метра.
Таблица 3. DAC кабели для SFP+ (10G).
Модель трансивера | DAC10G-1M | DAC10G-3M |
---|---|---|
Коннектор | SFP+ и SFP+ | SFP+ и SFP+ |
Максимальное расстояние передачи (м) | 1 | 3 |
Преимущество оптоволоконной среды передачи
В первую очередь: расстояние для передачи (большая длина проводника), устойчивость к затуханию, отсутствие помех и безопасность (сложнее подключить стороннее устройство, не получится считать информацию через электромагнитные наводки и так далее).
Подводя итоги
Высокоскоростные сети, в том числе 10 Gigabit Ethernet — это несомненно шаг вперёд и очередной этап развития ИТ инфраструктуры. Как обычно, внедрение новой технологии не является панацеей от старых проблем. Чтобы окупались инвестиции и шло развитие — необходим точный расчёт и понимание целей и путей решения.
Современные технологические достижения сделали возможным создание такой сети Ethernet, где не требуется экранировать сигнальные провода внешним электромагнитным экраном, как в коаксиальном кабеле. Новую технологию назвали Ethernet на основе витой пары 1 , (twisted pair Ethernet). Она позволяла использовать в качестве эфира обычные неэкранированные медные провода, наподобие тех, что применяются в телефонии. Сеть на основе витой пары обладает двумя важными преимуществами, по сравнению с тонким Ethernet: она дешевле и защищена от случайных повреждений сети при отключении одной машины или повреждении сетевого кабеля, ведущего к компьютеру. В некоторых случаях технология витой пары позволяет создать сеть Ethernet на основе существующей в организации проводки. Кроме того, прокладка витой пары (ее называют кабелем 5-й категории) обходится дешевле и проще, чем коаксиального кабеля.
Официально технология на основе витой пары называется 10Base-T. Первые сети с витой парой работали на скорости 10 Мбит/с, как и сети с толстым или тонким Ethernet. Подключение компьютеров к сети Ethernet на основе витой пары осуществляется через специальное устройство, которое называется концентратором, или хабом (hub), как показано на рис. 2.3. При этом используется восьмижильный (четырехпарный) кабель.
Рис. 2.3. Схема сети Ethernet на основе витой пары. Каждый компьютер подключается к концентратору с помощью четырехпарного кабеля
Концентратор — это электронное устройство, которое имитирует сигналы в кабеле Ethernet. Он представляет собой небольшую коробку, которая обычно размещается в монтажном шкафу или распределительной коробке. Длина соединительного провода между компьютером и концентратором не должна превышать 100 м. Для работы концентратора требуется источник питания. Кроме того, некоторые концентраторы позволяют обслуживающему персоналу следить за их работой и состоянием прямо по сети. С точки зрения платы сетевого интерфейса, подключение к концентратору аналогично подключению к трансиверу.
Другими словами, концентратор обеспечивает такие же возможности в плане передачи данных, как и толстый или тонкий Ethernet. Просто с помощью концентратора реализуется альтернативная схема подключения компьютеров к сети.
1. Термин “витая пара” возник не случайно; он взят из телефонии, где сигнальные провода скручивали для уменьшения перекрестных помех между соседними каналами связи.
В любой организации, где есть два и более компьютера, их целесообразно объединить в локальную сеть. Сеть позволяет сотрудникам быстро обмениваться между собой информацией и документами, служит для совместного использования общего доступа в интернет, оборудования и устройств хранения информации.
Для объединения компьютеров нам понадобится определенное сетевое оборудование. В сегодняшней статье мы рассмотрим, какое оборудование применяется при создании проводной локальной сети.
Сетевое оборудование – устройства, из которых состоит компьютерная сеть. Условно выделяют два вида сетевого оборудования:
- Активное сетевое оборудование – оборудование, которое способно обрабатывать или преобразовывать передаваемую по сети информацию. К такому оборудованию относятся сетевые карты, маршрутизаторы, принт-серверы.
- Пассивное сетевое оборудование – оборудование, служащее для простой передачи сигнала на физическом уровне. Это сетевые кабели, коннекторы и сетевые розетки, повторители и усилители сигнала.
Для монтажа проводной локальной сети нам в первую очередь понадобятся:
- сетевой кабель и разъемы (называемые коннекторами);
- сетевые карты – по одной в каждом ПК сети, и две на компьютере, служащем сервером для выхода в интернет;
- устройство или устройства, обеспечивающие передачу пакетов между компьютерами сети. Для сетей из трех и более компьютеров нужно специальное устройство – коммутатор, который объединяет все компьютеры сети;
- дополнительные сетевые устройства. Простейшая сеть строится и без такого оборудования, однако при организации общего выхода в интернет, использовании общих сетевых принтеров дополнительные устройства могут облегчить решение подобных задач.
Теперь рассмотрим подробнее всё перечисленное выше оборудование:
Сетевые проводники
В эту группу входят различные сетевые кабели (витая пара, коаксиальный кабель, оптоволокно).
Коаксиальный кабель – это первый кабель, который применялся для создания сетей. От его использования при построении локальных компьютерных сетей уже давно отказались.
Оптоволоконный кабель – наиболее перспективный в плане скоростных показателей, но и более дорогой по сравнению с коаксиальным кабелем или витой парой. К тому же монтаж оптоволоконных сетей требует высокой квалификации, а для оконцовки кабеля необходимо дорогостоящее оборудование. По этим причинам широкого распространения данный вид кабеля пока не получил.
Витая пара – самый распространенный на сегодняшний день вид кабеля, применяемый для построения локальных сетей. Кабель состоит из попарно перевитых медных изолированных проводников. Типичный кабель несет в себе 8 проводников (4 пары), хотя выпускается и кабель с 4 проводниками (2 пары). Цвета внутренней изоляции проводников строго стандартны. Расстояние между устройствами, соединенными витой парой, не должно превышать 100 метров.
Существует несколько категорий кабелей типа витая пара, которые маркируются от CAT1 до CAT7. В локальных сетях стандарта Ethernet используется витая пара категории CAT5.
Для работы с кабелем витая пара применяются коннекторы RJ-45.
Сетевые карты
Сетевые карты отвечают за передачу информации между компьютерами сети. Сетевая карта состоит из разъема для сетевого проводника (обычно, витой пары) и микропроцессора, который кодирует/декодирует сетевые пакеты. Типичная сетевая карта представляет собой плату, вставляемую в разъем шины PCI. Практически во всех современных компьютерах электроника сетевого адаптера распаяна непосредственно на материнской плате.
Вместо внутренней сетевой карты можно использовать внешний сетевой адаптер USB:Он представляет собой переходник USB-LAN и имеет схожие функции со своими PCI-аналогами. Главным достоинством сетевых карт USB является универсальность: без вскрытия корпуса системного блока такой адаптер можно подключить к любому ПК, где есть свободный порт USB. Также USB адаптер будет незаменим для ноутбука, в котором вышел из строя единственный встроенный сетевой разъем, или возникла необходимость в двух сетевых портах.
Сетевые коммутаторы
Не так давно для построения локальных сетей применялись сетевые концентраторы (или, в просторечии, хабы). Когда сетевая карта отсылает пакет данных с компьютера в сеть, хаб просто усиливает сигнал и передает его всем участникам сети. Принимает и обрабатывает пакет только та сетевая карта, которой он адресован, остальные его игнорируют. По сути, концентратор – это усилитель сигнала.
В настоящее время в локальных сетях применяются коммутаторы (или, как их называют, свитчи). Это более “интеллектуальные” устройства, где есть свой процессор, внутренняя шина и буферная память. Если концентратор просто передает пакеты от одного порта ко всем остальным, то коммутатор анализирует адреса сетевых карт, подключенных к его портам, и переправляет пакет только в нужный порт. В результате бесполезный трафик в сети резко снижается. Это позволяет намного увеличить производительность сети и обеспечивает большую скорость передачи данных в сетях с большим количеством пользователей.Коммутатор может работать на скорости 10, 100 или 1000 Мбит/с. Это, а также установленные на компьютерах сетевые карты, определяет скорость сегмента сети. Другая характеристика коммутатора – количество портов. От этого зависит количество сетевых устройств, которые можно подключить к коммутатору. Помимо компьютеров, ими являются принт-серверы, модемы, сетевые дисковые накопители и другие устройства с LAN-интерфейсом.
При проектировании сети и выборе коммутатора нужно учитывать возможность расширения сети в дальнейшем – лучше приобретать коммутатор с несколько большим количеством портов, чем число компьютеров в вашей сети на данный момент. Кроме того, один порт нужно держать свободным на случай объединения с другим коммутатором. В настоящее время коммутаторы соединяются обычной витой парой пятой категории, точно такой же, которая используется для подключения каждого компьютера сети к коммутатору.
Коммутаторы бывают двух видов – управляемые и неуправляемые. Управляемые обладают дополнительной функциональностью. Так, появляется возможность управления коммутатором с помощью веб-интерфейса, объединения нескольких коммутаторов в один виртуальный со своими правилами коммутации пакетов и т.д. Стоимость управляемых коммутаторов гораздо выше стоимости неуправляемых, поэтому в малых и средних сетях используются неуправляемые коммутаторы.
Дополнительное сетевое оборудование
В локальной сети можно использовать различное дополнительное оборудование, например, чтобы объединить две сети или обеспечить защиту сети от внешних атак. Кратко рассмотрим сетевое оборудование, которое применяется при построении компьютерных сетей.
Принт-сервер, или сервер печати – это устройство, которое позволяет подключить принтер, не имеющий собственного сетевого порта к сети. Проще говоря: принт-сервер – это коробка, к которой с одной стороны подключается принтер, а с другой стороны — сетевой провод. При этом принтер становится доступным в любое время, поскольку не привязан к какому-либо компьютеру сети. Существуют принт-серверы с разными портами: USB и LPT; так же встречаются и комбинированные варианты.
Повторитель предназначен для увеличения расстояния сетевого соединения путем усиления электрического сигнала. Если вы будете использовать в локальной сети кабель витая пара длиной более 100 метров, повторители должны устанавливаться в разрыв кабеля через каждые 100 метров. Питание повторителей обычно осуществляется по тому же кабелю. С помощью повторителей можно соединить сетевым кабелем несколько отдельно стоящих зданий.Маршрутизатор (или роутер) – сетевое устройство, которое на основании информации о структуре сети по определенному алгоритму выбирает маршрут для пересылки пакетов между различными сегментами сети.
Маршрутизаторы применяют для объединения сетей разных типов, зачастую несовместимых по архитектуре и протоколам (например, для подсоединения Ethernet к сети WAN). Также маршрутизатор используется для обеспечения доступа из локальной сети в глобальную сеть Интернет, осуществляя при этом функции межсетевого экрана.
Маршрутизатор может быть представлен не только в аппаратном виде, но и в программном. Любой компьютер сети, на котором установлено соответствующее программное обеспечение, может служить маршрутизатором.
Категории витой пары
Для каждого поколения передающих устройств есть соответствующие категории витой пары. Так как статья посвящена 10 Gigabit Ethernet, не будем вдаваться в подробности для другого типа оборудования.
Ниже представлена информация касательно сетей 10G.
Таблица 1. Категории витой пары, способные к передаче со скоростью10G.
Категория | Частоты, МГц | Примечание | Описание |
---|---|---|---|
Cat.6 | 250 | Fast Ethernet, Gigabit Ethernet (10GBASE-T Ethernet) | Рекомендуется для Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, но может передавать данные на скорости до 10 Гбит/с на расстояние до 55 м. Добавлена в стандарт в июне 2002 года. |
Cat.6a | 500 | Gigabit Ethernet (10GBASE-T Ethernet) | Рекомендуется для Gigabit Ethernet, но может передавать данные на скорости до 10 Гбит/с на расстояние до 100 метров. Добавлена в стандарт в феврале 2008 года (ISO/IEC 11801:2002 поправка 2). Имеется общий экран (F/UTP) или экранирующая оплетка вокруг каждой пары (U/FTP). |
Cat.7 | 600 | Gigabit Ethernet (10GBASE-T Ethernet) | Разработана для передачи данных до 10 Гбит/с. Спецификация на данный тип кабеля утверждена международным стандартом ISO 11801. Отличие от предыдущих кабелей — совместное применение общего экрана и экранов вокруг каждой пары (F/FTP или S/FTP). |
Direct Attach Cable (DAC) — в данном случае это пассивный кабель для прямого подключения портов SFP+, применяется при стекировании и коммутации сетевого оборудования. Он уже содержит всё необходимое: переходники SFP+ (не нужно закупать трансиверы), и собственно, кабель передачи. Все компоненты образуют одно целое нераздельное устройство для соединения сетевого оборудования.
Обычно используются недлинные кабели (до 5 метров) для подключения серверов, связи между коммутаторами и установления других соединений по 10G.
Для центрального узла
Для большинства организаций характерна иерархическая модель сети с центральным узлом (уровень ядра сети и уровень агрегации/распределения). То есть определённая часть коммуникаций так или иначе проходит через центральный узел, что накладывает отпечаток на работу всей инфраструктуры.
Для небольших сетей можно использовать коммутаторы с различными типами портов, чтобы получить более широкие возможности подключения из коробки.
Наиболее экономичным вариантом будет использование кабелей DAC для коммутации внутри стойки или для связи двух соседних стоек.
Для подключения оборудования к узлу сети на большем расстоянии, например, коммутаторов уровня агрегации и даже уровня доступа рекомендуется использовать либо оптоволоконные патчкорды, либо витую пару Cat.7.
Внутри стоек можно использовать кабели DAC, короткие патчкорды Cat.6a и более длинные Cat.7 (в зависимости от подключаемого оборудования), а также, при необходимости — оптоволоконные соединения. Между стойками рекомендуется использовать оптоволоконные соединения и кабели Cat.7.
Лучше воздержаться от использования в production среде патчкордов Cat.6. Даже если подключается некритичное оборудование, которому «хватает скорости», то наводки с этого кабеля при плотном монтаже могут оказывать негативное влияние на соседние соединения и устройства в сети 10G. В виде исключения очень короткие патчкорды Cat.6 можно использовать на небольших участках (менее 1 метра), например, для соединения рядом стоящих серверов.
А в чем недостатки?
Стоит отметить механическую хрупкость, недостаточную гибкость, критичность к резким перепадам температуры.
Важно. Следует бережно обращаться с LC коннекторами и открытыми торцами оптоволокна в них. Одна пылинка — и сеть будет работать нестабильно. Рекомендуется использовать LC патчкорд с минимумом повторных подключений (в идеале — только один раз, «включили и больше не трогаем»).
Но оптоволокно — не единственное решение для сетей 10 Gigabit Ethernet. Есть ещё и витая пара.
Оптоволокно и трансиверы
О принципах передачи сигнала по оптическим кабельным системам и особенностям различных технологий написано много материалов, поэтому напомним только основные детали.
Для подключения оптоволоконных кабелей к оборудованию обычно используют трансиверы для конвергентных (универсальных) портов, к которым подключаются соответствующие патчкорды. Чаще других используются трансиверы и порты SFP/SFP+ Об этом можно прочитать в статье: Как SFP, SFP+ и XFP делают нашу жизнь проще.
Преимущества витой пары
Цена вопроса. Помимо покупки самого оптоволоконного патчкорда, ещё понадобится приобрести трансиверы для порта SFP/SFP+. При наличии портов RJ45 простой медный патчкорд витой пары, пусть даже 7-й категории обойдётся дешевле
Совместимость. Разумеется, стандарты, принятые международными организациями, обязательны для всех, но, к сожалению, некоторые производители не спешат прислушиваться к общему мнению. Но для оборудования от некоторых вендоров требуется чтобы и трансиверы — всё от этого же производителя. Нарочно это делается или где-то случайно так получилось — это уже не так важно, главное, что такая проблема встречается. А у коммутаторов со встроенным портами под витую таких проблем нет, остаётся только подобрать кабель требуемой категории.
Износостойкость разъёмов. Если планируется переподключение сетевых устройств, например, при закупке или модернизации оборудования, изменении топологии сети и так далее — лучше использовать витую пару. Дело в том, что оптоволоконные патчкорды критичны к механическим воздействиям. Малейшее загрязнение, воздушный зазор и другие мелкие проблемы, возникающие при переключении оптоволоконных патчкордов, могут оказаться препятствием для достижения требуемой скорости. В идеале подключение оптоволоконного кабеля должно выполняться один раз и навсегда. Разумеется, коннекторы витой пары не стоит переподключать без особой нужды, но они не настолько капризны.
Укладка и монтаж. Правильно уложить оптоволокно без заломов и перегибов — не такая простая задачка. И уж точно не допустимо случайное механическое, температурное и другое воздействие. Если заметили, что оптоволоконный провод обдувает горячая струя воздуха из системы охлаждения, случайно пережали, потянули — после устранения неблагоприятной ситуации патчкорд лучше сразу заменить. Звучит красиво, только стоит это не дешево, а трудозатраты на повторный монтаж и укладку тоже мало кто учитывает.
Механическая прочность. Оптика плохо выдерживает даже совсем небольшие механические нагрузки. А уж если случайно «потянули» сервер из стойки на салазках, позабыв отключить разъемы оптоволоконных кабелей — в этом точно нет ничего хорошего. При любом подозрении на механическую нагрузку лучше использовать витую пару.
А что есть у Zyxel?
Zyxel предлагает комплексное решение: коммутатор 10G уровня L3, SFP+ трансиверы и патчкорды DAC, сетевые карты. Начнём по порядку.
Коммутатор
- поддержка резервирования источника питания;
- 2 конфигурационных файла;
- 2 образа;
- объединение в физический стек.
Ниже представлены несколько фотографий, сделанных в лабораторных условиях. Более подробную информацию можно получить по ссылке.
Рисунок 1. XS3800-28 — мультигигабитный L3 коммутатор 10G
Рисунок 2. Задняя панель XS3800-28. Разъёмы для двух блоков питания.
Рисунок 3. Внутреннее устройство XS3800-28. Аккуратная сборка и продуманная система охлаждения.
Рисунок 4. Порты XS3800-28.
Что с кабельной системой?
Частая проблема «экономичных решений» в сети 10G — плохое качество кабеля (в первую очередь патчкордов) и дешевые патчпанели. Использование таких «плюшкинских» методов удешевления приводит к несоответствиям импеданса, в результате чего возникают обратные потери, а следом — снижение пропускной способности. Разумеется, начальство может быть сколь угодно уверено, что дело не гнилых проводах, а в системном администраторе, который «просто сам не хочет всё взять и «починить»», однако нормально работать в такой сети не получится по физическим причинам. Если всё-таки дело не в банальной жадности, а в непонимании проблемы, стоит провести сравнительное тестирование чтобы понять, что из пассивного или активного оборудования является узким местом и вызывает падение скорости. В некоторых ситуациях может выручить даже простой сетевой тестер, способный обнаружить обратные потери и перекрестные помехи.
Сетевые карты
Наш обзор был бы неполный, если не представить решение для конечных устройств.
У Zyxel есть целых две сетевые карты, способные работать с 10 Gigabit Ethernet.
Первый кандидат XGN100F — cетевая карта PCIe с портом 10G SFP+ рассчитанная на работу с 1G и 10G.
Рисунок 7. XGN100F — сетевая карта PCIe с портом 10G SFP+
Примечание. Этот адаптер может работать с промежуточными скоростями 5G/2,5G при этом в качестве основной среды передачи используется обычная витая пара категории 5E.
Рисунок 8. XGN100C — сетевая карта PCIe с мультигигабитным портом 1/2,5/5/10G RJ-45.
Как видите, мы ничего не забыли и постарались удовлетворить все стороны обмена трафиком.
Для подключение удалённых участков
Для связи средне-удалённых участков, например, нескольких серверных в одном здании лучше ориентироваться на оптоволоконные соединения. Например, пара SFP+ трансиверов single mode, Duplex LC, 1310nm, с поддержкой DDMI, позволяет установить связь до 10 км. Разумеется, ещё нужен оптический кабель (duplex).
Если речь о связи до 100м, можно использовать Cat.7. В некоторых случаях это даже предпочтительней, например, когда нужно проталкивать кабели через узкий колодец между этажами.
Использование оптоволоконных соединений
Поддержка интерфейса мониторинга цифровой диагностики (DDMI)
DDMI даёт возможность коммутатору получить доступ к рабочим параметрам в оптоволоконном канале. Такой подход позволяет реализовать дополнительные функции, например, гибкое управление и мониторинг сигналов ввода/вывода. Это даёт возможность посылать аварийные сигналы и предупреждения о состоянии среды передачи данных.
Для каких задач применяют сети 10G
«Это же элементарно, чтобы сеть «летала»!» — такое мнение выскажет нетерпеливый читатель.
Разумеется, это правильное утверждение, но есть участки, где 10 Gigabit Ethernet необходим в первую очередь:
- Формирование центрального узла сети.
- Подключение удалённых участков по высокоскоростным линиям.
- Подключение высоконагруженных серверов к LAN и SAN для обеспечения скоростного доступа.
Ниже мы рассмотрим каждый случай по отдельности, но сначала разберём общие аспекты.
Не сетью единой
Помимо высокой пропускной способности, разумно предположить, что все узлы в сети, включая серверы (и, если нужно, рабочие станции), способны обрабатывать сетевой трафик с требуемой скоростью. И речь идёт не только об установленной сетевой карте 10G и подходящем драйвере. Помимо сетевой карты, нужно убедиться, что процессор имеет необходимый запас по мощности, достаточно оперативной памяти, а ядро и библиотеки операционной системы и прикладного ПО умеют эффективно работать с плотным потоком данных.
Если речь о старом сетевом оборудовании, не стоит удивляться падению или «недобору» скорости передачи данных. Например, с древнего сервера, переделанного в NAS, максимальная скорость закачки по каналу 10G может не превышать 400Mbps. Допустим, на старенькой материнской плате нашелся разъём PCI-Express, в который удалось установить LAN карту 10G и подобрать нужный драйвер. Но это не означает, что остальные компоненты сервера готовы обеспечить работу на высоких скоростях.
Читайте также: