Данное устройство объединяет несколько каналов для передачи одних и тех же данных с целью повышения пропускной способности и отказоустойчивости сети

01

Сетевая инфраструктура

Обустройство качественной сетевой инфраструктуры - это очень важный этап для эффективного функционирования организации на всех уровнях. Именно поэтому единоразовое вложение инвестиций и корректное планирование структуры сети обеспечивает защиту затраченных средств на долгие годы.

02

Структура сети

Стоит отметить, что для повышенной степени надежности необходимо организовать отказоустойчивость (то есть, установить резервное оборудование) на каждом уровней сетевой инфраструктуры. Рассмотрим структуру сети на основе иерархической модели:

Коммутаторы ядра

Данные устройства обеспечивают обработку всей входящей информации и обмен с каналами провайдера услуг. На этом уровне важна надежность и резервирование устройств, а также наличие запасных блоков питания, вентиляторов (2 и более) и кабельных соединений. Коммутатор ядра должен обладать высокой пропускной способностью (благодаря портам 1 Гбит, 10 Гбит или 40 Гбит), чтобы эффективно распределять пакеты данных между отдельными сегментами сетевой инфраструктуры. Кроме того, устройства уровня ядра должны поддерживать технологии агрегирования подключений, для того, чтобы обеспечить отказоустойчивость сети в случае обрыва соединения на одном из каналов связи.

Коммутаторы агрегации

Коммутаторы агрегации поддерживают большое количество VLAN, стэкирование и различные аплинк-модули. Они должны распознавать и обрабатывать большое количество MAC адресов (всех пользователей). Коммутаторы агрегации также позволяют значительно снизить нагрузку на сеть за счет распределения трафика между отдельными VPN без задействования коммутаторов уровня ядра. Эти устройства имеют минимум два аплинк канала: для доступа и для ядра. Обычно они снабжены скоростными портами (Gigabit Ethernet), а для аплинк-подключений используют порты стандарта 10 Gigabit Ethernet или 40 Gigabit Ethernet. Функционал данных устройств не предусматривает поддержку технологии PoE на портах.

Коммутаторы доступа

Это более простые в своей конфигурации устройства (в сравнении с устройствами вышестоящих уровней), которые собирают на себе все клиентское оборудование. Они снабжены портами доступа Fast Ethernet или Gigabit Ethernet, медными портами и оптическими\медными аплинками. Коммутаторы доступа могут поддерживать стэкирование, а также технологии питания PoE и PoE+, подавая на подключенные устройства различную мощность. В случае, когда доступ к сети выделяется исключительно для корпоративных клиентов, необходимо, чтобы коммутаторы уровня доступа дополнительно поддерживали такие технологии, как QinQ, VPLS (Virtual Private LAN Service), E-Line и E-LAN.

03

Зачем нужна агрегация?

Агрегация - это процесс объединения физических каналов, предназначенных для передачи данных, в единый логический. Таким образом повышенная пропускная способность может использоваться для интеллектуального разделения потоков согласно определенным типам сервисов (например, сетевые администраторы могут выделить широкую полосу пропускания, состоящую из нескольких объединенных каналов, для потокового воспроизведения видео или подключения шлюзов VoIP). С этой же целью дополнительно применяются многоуровневые QoS и маршрутизация MPLS.

Кроме того, при организации масштабных по количеству абонентов сетей (в городе, поселке, кампусе и пр.) также используется промежуточная агрегация. Чтобы ввести тарификацию доступа к сети, необходимо иметь доступ к настройкам полосы пропускания каждого из абонентов. Этот процесс осуществляется именно при агрегации трафика.

Второй задачей, которую может решить коммутатор агрегации, является обеспечение отказоустойчивости: в случае выхода из строя одного из каналов, данные будут передаваться по остальным каналам, находящимся с ним в “связке”.

04

Избыточность

Обычно для резервирования связи между коммутаторами (например, в случае обрыва кабеля или выхода из строя порта на коммутаторе) используются избыточные соединения.

Тем не менее, при посылке широковещательного фрейма (который распределяется между всеми портами) коммутаторы пересылают его друг другу на все порты (в частности, и на тот, из которого был отправлен этот фрейм). В результате происходит полное блокирование работы сети, называемое широковещательным штормом.

Чтобы избежать этой ситуации, коммутатор агрегации использует различные модификации Spanning Tree Protocol, с помощью которого блокируются избыточные соединения до тех пор, пока не возникнет обрыв соединения между портами.

" ВТК СВЯЗЬ предлагает широчайший выбор сетевого оборудования представительского класса. Команда в течение многих лет успешно разрабатывает проекты по организации сетевой инфраструктуры.

А также занимается монтажом и настройкой сетевого оборудования. Обращаясь к нашим специалистам, Вы можете быть уверены в продуктивности работы установленного оборудования. "

05

Требования к коммутатору агрегации

Исходя из вышеуказанных описаний, можно выделить ряд требований, необходимых для коммутатора агрегации:

• > высокая производительность
• > отказоустойчивость
• > поддержка протоколов динамической маршрутизации
• > возможность распределения нагрузки между каналами связи
• > поддержка многоуровневых политик QoS
• > поддержка протоколов агрегирования соединений (PAgP, LACP, EtherChanel)
• > поддержка протоколов резервирования соединений (протокола SpanningTree и его вариаций RSTP, MSTP, PVST, PVST+)
• > поддержка VPN
• > возможность масштабирования

06

Как работает коммутатор агрегации?

В основе технологии агрегации соединений лежат два Ethernet-стандарта: IEEE 802.3ad и IEEE 802.1aq (если в технических характеристиках коммутаторов агрегации различных производителей указан один и тот же из этих двух стандартов, это значит, что они совместимы). Для того, чтобы агрегировать порты, необходимо убедиться в одинаковости таких характеристик, как скорость соединения, стандарт и тип порта (медный, для одномодового или многомодового волокна). Далее рассмотрены основные характеристики вышеуказанных стандартов.

IEEE 802.3ad осуществляет неравномерное распределение нагрузки между каналами передачи данных, позволяя повысить общую пропускную способность сети до 80 Гбит/с (в зависимости от стандарта и количества используемых портов).

Данный стандарт применяет технологию многотрактовой маршрутизации, балансируя текущий трафик между всеми возможными путями, используемыми для пересылки данных. Коммутаторы агрегации, соответствующие IEEE 802.1aq, поддерживают одноадресную, многоадресную и широковещательную передачу данных по кратчайшему пути.

26.02.2002 Наталья Олифер

Агрегирование как способ повышения производительности и надежности.

Oбъединение физических каналов (Link Aggregation) между двумя коммуникационными устройствами в один логический канал позволяет активно задействовать избыточные альтернативные связи в локальных сетях. В данном контексте термин «локальные сети» служит для обозначения технологий канального уровня, наподобие Ethernet, и необходимых для их работы устройств - коммутаторов, сетевых адаптеров и маршрутизаторов (в последнем случае имеется в виду соответствующий слой аппаратного и программного обеспечения).

Именно на канальном уровне протоколов локальных сетей проявляются особенности использования избыточных связей, такие, как дублирование и зацикливание кадров в петлевидных маршрутах. И хотя эти проблемы могут быть решены на более высоком сетевом уровне маршрутизаторами IP/IPX и программными средствами операционных систем, поддержка избыточных связей столь экономичными и широко распространенными устройствами локальных сетей, как коммутаторы второго уровня, обладает рядом преимуществ. Прежде всего, это снижение стоимости сети, так как многие ее участки строятся без привлечения относительно дорогих маршрутизаторов (коммутаторов третьего уровня). Кроме того, скорость реакции на обрыв связи часто повышается.

Агрегирование каналов применяется достаточно широко наряду с другим, принципиально отличающимся, способом использования избыточных связей - алгоритмом построения покрывающего дерева (Spanning Tree Algorithm, STA). Он переводит избыточные связи в «горячий» резерв, оставляя в рабочем состоянии только минимальный набор каналов, необходимый для обеспечения связности сегментов сети (см. , «Журнал сетевых решений/LAN» , январь 2002 г.). В этом случае повышается надежность сети, поскольку при отказе какого-либо соединения в строй автоматически вводятся резервные связи, и через небольшой промежуток времени работоспособность сети восстанавливается.

При агрегировании физических каналов все избыточные связи остаются в рабочем состоянии, а имеющийся трафик распределяется между ними для достижения баланса загрузки (см. Рисунок 1). При отказе одного из составляющих такого логического канала, который часто называют транком, трафик распределяется между оставшимися каналами. На Рисунке 1 в качестве примера такой ситуации выступает транк 2, где один из каналов, закрашенный в фиолетовый цвет, перестал функционировать, и все кадры передаются по оставшимся двум каналам.

ЛОГИЧЕСКИЙ КАНАЛ

Агрегирование каналов может применяться для связи как между двумя коммутаторами локальной сети или между портами маршрутизатора, так и между компьютером и коммутатором (чаще всего последний вариант используется для высокоскоростных и ответственных серверов). В двух последних случаях все сетевые адаптеры или порты маршрутизатора, которые входят в транк, имеют один и тот же сетевой адрес (или одни и те же адреса, так как транк, подобно обычному порту/адаптеру, может иметь их несколько). Поэтому для протокола IP или другого протокола сетевого уровня порты транка неразличимы, что соответствует концепции единого логического канала, лежащей в основе агрегирования.

Очевидно, что агрегирование каналов приводит к повышению и производительности (вместо одного канала одновременно используется несколько), и надежности. Но все современные методы агрегирования обладают существенным ограничением - они принимают во внимание только связи между двумя соседними коммутаторами, полностью игнорируя все, что происходит вне этого участка сети. Например, работа транка 1 никак не координируется с работой транка 2 и не учитывает наличие обычной связи между коммутаторами 2 и 3, которая вместе с транками 1 и 2 создает петлю. Поэтому агрегирование каналов нужно применять одновременно с алгоритмом покрывающего дерева - если администратору сети необходимы все топологические возможности объединения узлов сети. Для алгоритма STA транк должен выглядеть как одна связь, тогда все его вычисления останутся в силе.

Механизм агрегирования каналов имеет большое количество нестандартных реализаций. Наиболее популярные принадлежат, естественно, лидерам в секторе оборудования для локальных сетей. Это Fast EtherChannel и Gigabit EtherChannel компании Cisco, MultiLink Trunking компании Nortel, Adaptive Load Balancing компании Intel и ряд других. Стандарт IEEE 802.ad Link Aggregation обобщает эти подходы.

ПРОБЛЕМЫ, ПРОБЛЕМЫ...

Как же работает коммутатор, когда его порты образуют транк? Во фрагменте сети, приведенном на Рисунке 2, два коммутатора - 1 и 2 - связаны четырьмя физическими каналами. Необходимо отметить, что транк может быть односторонним или двусторонним. Каждый коммутатор контролирует только отправку кадра, принимая решение, на какой из выходных портов его нужно передать. Поэтому, если оба коммутатора считают связывающие их каналы транком, он будет двусторонним, в противном случае - односторонним.

Рисунок 2 иллюстрирует поведение коммутатора 1 по отношению к параллельным соединениям. В том случае, когда они не рассматриваются данным коммутатором как агрегированный канал, проблемы возникают с кадрами двух типов: когда они имеют, во-первых, неизученные коммутатором уникальные адреса, и, во-вторых, широковещательный или групповой адрес.

B соответствии с алгоритмом прозрачного моста коммутатора должен передать кадр с неизученным (отсутствующим в таблице продвижения) адресом на все порты, за исключением того, с которого кадр был принят. При наличии параллельных каналов такой кадр будет «размножен» в количестве, равном числу каналов. В приведенном примере коммутатор 2 примет четыре копии оригинального кадра.

Если коммутатор 2 уже изучил адрес назначения МАС9, то он передаст каждую копию кадра узлу назначения через один порт, а если нет - то через все, в том числе и через порты параллельных каналов (естественно, кроме того, с которого кадр получен, так что кадр 1 в таком случае поступит на порты P18, P19 и P10 коммутатора 1). В последнем случае произойдет также зацикливание кадров - они будут постоянно циркулировать между двумя коммутаторами, причем удалить их из сети невозможно, поскольку в кадрах канального уровня отсутствует поле «срок жизни», часто используемое в протоколах верхних уровней, например в IP и IPX.

Кадр с неизученным адресом неизбежно приведет к росту нагрузки на сеть за счет увеличения числа кадров, что чревато возникновением заторов, задержек и потерь данных. Кроме роста нагрузки дублирование кадров может привести также к неэффективной работе многих протоколов верхнего уровня. Примером тому может служить узел, работающий по протоколу TCP. При дублировании квитанций, подтверждающих факт доставки данных адресату, некоторые реализации этого протокола резко уменьшают размер окна приема, снижая тем самым скорость отправки данных в сеть передатчиком. Дублирование квитанции интерпретируется как признак потери данных - раз приемник повторно присылает одну и ту же квитанцию, значит, с большой степенью вероятности можно считать, что последующие кадры утеряны.

Еще больше проблем создают кадры с широковещательным адресом - они всегда должны передаваться на все порты, кроме исходного, и будут постоянно зацикливаться, так что в любом случае «засорение» сети посторонним трафиком окажется значительным.

Если адрес назначения кадров уникален и изучен, проблем у коммутаторов, связанных параллельными каналами, не возникает - он передается на единственный порт, по которому пришел в свое время кадр с данным адресом источника.

БОРЬБА С «РАЗМНОЖЕНИЕМ»

Разработчики механизмов агрегирования учли проблемы, возникающие при обработке кадров с неизученными, широковещательными и групповыми адресами. Решение достаточно простое - все порты, связанные с параллельными каналами, считаются одним логическим портом, он-то и указывается в таблице продвижения вместо нескольких физических.

В примере, изображенном на Рисунке 3, в таблице продвижения вместо портов P17, P18, P19 и P10 фигурирует логический порт AL11. С ним связаны адреса всех узлов, путь к которым лежит через коммутатор 2. Выявление неизвестного адреса на любом из физических портов, входящих в транк, приводит к появлению в таблице продвижения коммутатора новой записи с идентификатором логического порта. Поступающий в коммутатор кадр, адрес назначения которого изучен и связан с идентификатором логического порта, передается на один (и только один!) выходной физический порт, входящий в состав транка. Точно так же коммутатор поступает с неизученными, широковещательными и групповыми адресами - для передачи кадра используется только одна из связей. На порты коммутатора, не входящие в транк, это изменение в логике обработки кадров не распространяется: так, коммутатор 1 всегда передает кадр с неизученным или широковещательным адресом на порты P11-P16.

Благодаря такому решению, кадры не дублируются, и описанные сложности не возникают. Правда, это справедливо только тогда, когда оба коммутатора рассматривают каналы как транк, в противном случае часть проблем остается. Например, если коммутатор 2 не считает связи транком, то кадр с неизвестным для коммутатора 2 адресом назначения будет им размножен и отправлен обратно коммутатору 1 в трех копиях. Поэтому полностью задействовать свойства транка можно лишь при его соответствующей двусторонней конфигурации.

ОДИН ЗА ВСЕХ - НО КАКОЙ ИМЕННО?

Остается открытым вопрос - какой из портов коммутатора предпочтителен для продвижения кадра через транк? Можно предложить несколько вариантов ответа. Так как агрегирование каналов предназначено для повышения суммарной производительности участка сети между двумя коммутаторами (или коммутатором и сервером), то желательно кадры распределять по портам транка динамически, направляя их в наименее загруженные порты (с меньшей длиной очереди).

Динамический способ распределения кадров, учитывающий текущую загрузку портов и обеспечивающий баланс нагрузки между всеми каналами транка, должен приводить, казалось бы, к максимальной пропускной способности транка. Однако данное утверждение справедливо не всегда, так как в нем учитывается не поведение протоколов верхнего уровня, а только интенсивность общего потока кадров канального уровня.

В то же время производительность целого ряда протоколов может заметно снижаться, если пакеты сеанса между двумя конечными узлами будут приходить не в том порядке, в котором они отправлены узлом-источником. А такая ситуация может возникнуть, если два или более смежных по отношению к сеансу кадра станут передаваться через разные порты транка из-за неодинаковой длины очередей в их буферах и, как следствие, неравномерной задержки передачи кадра, так что более поздний кадр обгонит своего предшественника.

Если протоколы стека IP (например, TCP) толерантны к неупорядоченности приходящих пакетов, то протоколы стека IPX и DECnet резко теряют полезную производительность, считая такие события потерей пакета и запрашивая его повторную передачу. Поэтому в большинстве реализаций механизмов агрегирования используются методы статического, а не динамического распределения кадров по портам.

Статическое распределение подразумевает закрепление за определенным портом транка потока кадров определенного сеанса между двумя узлами, в этом случае все кадры будут проходить через одну и ту же очередь и последовательность их не изменится. Обычно при статическом распределении выбор порта для конкретного сеанса выполняется на основании некоторых признаков поступающих пакетов. Как правило, это МАС-адреса источника или назначения, либо оба вместе.

В популярной реализации Fast EtherChannel компании Cisco для коммутаторов семейства Catalyst 5000/6000 выбор номера порта транка осуществляется с помощью операции исключающего ИЛИ (XOR) над двумя последними битами МАС-адресов источника и приемника. Результат этой операции имеет четыре значения: 00, 01, 10 и 11, которые и являются условными номерами портов транка. На Рисунке 3 приведен пример сети, в которой работает механизм Fast EtherChannel (аналогично работает и Gigabit EtherChannel) для коммутаторов Catalyst 5000/6000. При этом распределение потоков сеанса между конечными узлами достаточно случайно. Так как оно не учитывает реальной нагрузки, которую создает каждый сеанс, то общая пропускная способность транка может использоваться нерационально, особенно если по интенсивности сеансы намного отличаются друг от друга. Кроме того, алгоритм распределения не гарантирует даже равномерного в количественном отношении распределения сеансов по портам.

Случайный набор МАС-адресов в сети может привести к тому, что через один порт будут проходить несколько десятков сеансов, а через другой - два-три. При данном алгоритме только большое количество компьютеров и сеансов между ними способно обеспечить равномерную нагрузку на порты. Это характерно для таких магистральных коммутаторов, как Catalyst 5000/6000.

Сеансы можно распределить между портами и другими способами: например, в соответствии с IP-адресами пакетов внутри кадров канального уровня, номерами виртуальных локальных сетей (VLAN), типами прикладных протоколов (почта по одному порту, трафик Web по другому и т. д.). Полезным оказывается назначение порту сеансов с МАС-адресами, изученными именно через этот порт, чтобы трафик сеансов проходил через один и тот же порт в обоих направлениях.

Чем больше признаков учитывает механизм распределения, тем более равномерно нагружаются порты транка и, следовательно, эффективнее функционирует транк. Некоторые реализации могут выполнять распределение с учетом текущей загрузки портов, но не для каждого отдельного пакета, а для всех пакетов сеансов. Такой способ, наряду с учетом номера порта, по которому изучен МАС-адрес назначения, применяется в механизмах Fast EtherChannel в коммутаторах Catalyst 2900X.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПРИ ОТКАЗЕ

При отказе какого-либо канала транка все пакеты сеансов, назначенные для соответствующего порта, направляются на один из оставшихся портов. Обычно такое восстановление связности занимает от нескольких до десятков миллисекунд. Это объясняется тем, что во многих реализациях транка после отказа канала все связанные с ним МАС-адреса принудительно отмечаются как неизученные.

Затем коммутатор повторяет процедуру изучения данных адресов, дожидаясь, когда один из них придет на какой-либо порт транка, после чего они снова становятся изученными. Далее процедура назначения сеансов портам выполняется заново, естественно с учетом только работающих портов. Так как тайм-ауты в сеансах протоколов локальных сетей обычно небольшие, то время восстановления соединения оказывается коротким.

Наталья Олифер - обозреватель «Журналa сетевых решений/LAN». С ней можно связаться по адресу: [email protected] .

Агрегирование каналов между коммутатором и сервером

Агрегирование каналов (англ. link aggregation ) - технологии объединения нескольких параллельных каналов передачи данных в сетях Ethernet в один логический, позволяющие увеличить пропускную способность и повысить надёжность. В различных конкретных реализациях агрегирования используются альтернативные наименования: транкинг портов (англ. port trunking ), связывание каналов (link bundling ), склейка адаптеров (NIC bonding ), сопряжение адаптеров (NIC teaming ).

Главное преимущество агрегирования каналов в том, что потенциально повышается полоса пропускания: в идеальных условиях полоса может достичь суммы полос пропускания объединённых каналов. Другое преимущество - «горячее» резервирование линий связи: в случае отказа одного из агрегируемых каналов трафик без прерывания сервиса посылается через оставшиеся, а после восстановления отказавшего канала он автоматически включается в работу .

Стандарт 802.3ad

Стандарт IEEE 802.3ad в составе группы стандартов для локальных вычислительных сетей IEEE 802 принят в 2000 году, полное название - «802.3ad Link aggregation for parallel links».

В общем случае, агрегирование восьми стандартных каналов с помощью 802.3ad оказывается дешевле, чем одно устройство, поддерживающее на порядок большую пропускную способность, и позволяет постепенно увеличивать скорость каналов в системе без необходимости покупать дорогостоящие более быстрые адаптеры. Однако, агрегирование имеет ограничения: распределение трафика по каналам может быть неравномерным, вплоть до того, что весь трафик идёт по одному каналу, а другие простаивают (зависит от трафика, возможностей и настроек оборудования), что в крайних случаях означает отсутствие выигрыша в пропускной способности по сравнению с единственным каналом. Кроме того, объединять можно не более восьми каналов, что в случае гигабитных каналов даёт теоретическую суммарную пропускную способность лишь в 8 Гбит/сек вместо 10 Гбит/сек, которые может обеспечить один быстродействующий адаптер.

Как правило, все порты при агрегировании должны быть одного типа, например, все порты для витой пары , все - для одномодового оптоволокна (SM) или все - для многомодового оптоволокна (MM). Объединяемые порты должны быть настроены на одну скорость передачи (хотя по стандарту 802.3ad смешивать порты с разной скоростью допустимо, на практике такие конфигурации зачастую оказываются неработоспособными).

Нестандартизованные технологии

Большинство решений для агрегирования гигабитных каналов основывается на стандарте IEEE 802.3ad. Однако нестандартизованные протоколы других фирм существовали ещё до принятия этого стандарта, некоторые из них используются до сих пор. Эти протоколы в большинстве своём работают исключительно с продукцией одной компании или продукцией одной линии. Некоторые из них имеют определённые преимущества перед стандартом, например EtherChannel, используемый Cisco, поддерживает разные режимы посылки пакетов, тогда как 802.3ad поддерживает только стандартный режим. Среди других нестандартных протоколов агрегации - Duralink Trunking (

Агрегация каналов

В компьютерных сетях агрегация каналов (англ. Link aggregation , английские синонимы port-trunking и Ethernet/network/NIC bonding ) или IEEE 802.3ad это - технология объединения нескольких физических каналов в один логический. Это позволяет увеличить пропускную способность каналов и повысить их надежность. Несмотря на существование стандарта IEEE 802.3ad, многие компании ещё используют для своих продуктов патентованные или закрытые технологии.

Агрегация каналов между коммутатором сервером

Описание

Главное преимущество агрегации каналов в том, что потенциально повышается полоса пропускания: в идеальных условиях полоса пропускания агрегированого канала может быть равна сумме полос пропускания всех объединённых в нём каналов. Также, в случае отказа одного из агрегируемых каналов трафик без прерывания сервиса посылается через оставшиеся. Если же канал вновь начинает работать, то через него опять посылают данные.

Ранее чем стандарт 802.3ad был разработан так называемый EtherChannel (закрытая разработка Cisco). Его плюс был в том, что он поддерживает разные режимы посылки пакетов, тогда как 802.3ad поддерживает только стандартный.

Стандарт 802.3ad

Стандарт IEEE 802.3ad принят в 2000-ом году. Полное название - «802.3ad Link aggregation for parallel links».

Примером может служить сервер с 8 сетевыми 1000-мбитными карточками, соединённый 8-ю каналами с коммутатором.

Агрегирование 1-гигабитных каналов с помощью 802.3ad как правило дешевле чем одна 10-гигабитная плата, но имеет ограничения: 1) распределение трафика по каналам может быть неравномерным, вплоть до того, что весь трафик идет по одному каналу, а другие простаивают (зависит от трафика и возможностей и настроек оборудования), что в крайних случаях означает отсутствие выигрыша в пропускной способности по сравнению с единственным каналом; 2) объединять можно не более 8 каналов, что в случае гигабитных каналов дает теоретическую суммарную пропускную способность в 8 гигабит/сек.

Агрегация каналов позволяет постепенно увеличивать скорость каналов в системе без необходимости покупать разом дорогостоящие новые платы, на порядок более быстрые.

Использование разных портов и скоростей

Обычно все порты при агрегации должны быть одного типа. Например, все порты с медным покрытием (CAT-5E/CAT-6), все порты оптоволокна одномодового (SM) или все многомодового (MM).

Также, все порты должны действовать на одной скорости. Возможно объединить 100-мегабитные порты вместе, но объединить 100-мегабитный порт и гигабитный порт скорее всего не получится, хотя по стандарту 802.3ad смешивать порты с разной скоростью допустимо.

Поддержка агрегации и совместимость между изделиями разных фирм

Большинство решений для гигабитной агрегации основывается на стандарте IEEE 802.3ad, принятом в 2000-м году. Однако нестандартизованные протоколы других фирм существовали ещё до принятия этого стандарта. Некоторые из них используются до сих пор. Примеры таких протоколов: Cisco EtherChannel trunking, Adaptec’s Duralink trunking, Nortel MLT MultiLink trunking. Эти протоколы в большинстве своём работают исключительно с продукцией одной компании или продукцией одной линии.

В настоящее время большинство производителей выпускают сетевые устройства с поддержкой стандарта IEEE 802.3ad, что в теории должно обеспечивать возможность совместной работы устройств различных марок. На практике же такие сочетания могут быть неработоспособны, поэтому рекомендуется заранее уточнять о возможности совместной работы тех или иных устройств.

Агрегация сетевых адаптеров

Агрегация каналов используется не только в коммутаторах. К сетевым адаптерам также можно применять агрегацию каналов.

В операционной системе Линукс использование в параллель нескольких Ethernet -адаптеров выглядит следующим образом. Допустим, есть два адаптера Ethernet: eth0 и eth1. Их можно объединить в псевдо-Ethernet-адаптер bond0. На bond0 можно настроить один IP-адрес . Для программ нет никакой разницы между eth0 (eth1) и bond0 (исключая немногие служебные утилиты, которые как раз и предназначены для операций непосредственно с адаптерами).

Раньше люди особо не задумывались о скорости кабельных подключений в домашней сети. Они всегда обеспечивали достаточную скорость и надежность, что в любом случае доказано их использованием миллионы раз. Однако в наши дни технология подошла к своему пределу: во все большее число компьютеров устанавливаются твердотельные накопители, скорость которых как минимум впятеро превышает 1 Гбит/с. А новые стандарты беспроводной сети 802.11 «ac» и «ad» значительно превышают гигабитную скорость Ethernet.

Разумеется, существуют кабельные технологии, обеспечивающие скорость до 10 Гбит/с, однако они предназначены для профессиональных вычислительных центров и являются довольно дорогими. Но есть и другая возможность обеспечения более высокой скорости. Она состоит в объединении нескольких гигабитных сетей. В подобной схеме, т.н. «агрегации каналов», соединяются два обычных гигабитных LAN-кабеля и тем самым обеспечивается отличная интеграция в существующую сеть. Однако для реализации простого принципа «2×1 Гбит = 2 Гбит» на практике существуют некоторые препятствия, которые мы обнаружили в ходе наших тестов.

Агрегация каналов: сетевые коммутаторы от 2500 руб

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

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

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

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

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

Структура и конфигурирование коммутатора

В любом случае сначала необходимо запустить коммутатор: к электрической сети он подключается через собственный блок питания; один из его портов соединяется с маршрутизатором (мы использовали последний порт № 8). Примерно через минуту он загрузится, его LAN-порты заработают, а веб-интерфейс станет доступен для всех компьютеров, подключенных к коммутатору (или маршрутизатору) по кабельной или беспроводной сети.

IP-адрес коммутатора можно узнать в настройках вашего маршрутизатора, предварительно установленный пароль указан в руководстве пользователя. В первую очередь необходимо произвести поиск обновлений на сайте производителя; у нашего коммутатора Netgear нам было необходимо загрузить новую прошивку в меню «Maintenance | Download | HTTP File Download».

В веб-интерфейсе коммутатора Netgear производится конфигурирование групп агрегации каналов, а также подключаемых портов

Конфигурирование агрегации каналов может производиться до подключения соответствующих устройств. В веб-интерфейсе коммутатора Netgear в поле «Switching | LAG» нажмите на пункт «LAG1» (группа агрегации каналов) и установите галочку в пункте «PORT» у номеров портов, которые вы хотите задействовать. Каждая группа служит для подключения одного устройства: на схеме сверху справа LAG1 - это NAS-хранилище, подключенное к портам 1 и 2, LAG2 - это ПК на портах 5 и 6. В разделе «LAG Configuration» мы оставили настройки по умолчанию, лишь изменили параметр «LAG Type» на «LACP».

Скорость портов, не относящихся ни к одной группе, остается на обычном уровне 1 Гбит (на схеме - это 3, 4 и 8). Подключите устройства в соответствии с LAG-идентификацией. Сначала активно только простое кабельное соединение с физическим первым интерфейсом конечного устройства; агрегацию каналов также необходимо активировать на конечных устройствах. Как это сделать, читайте далее.

Конфигурирование NAS для двухканального режима

Для наших тестов мы использовали QNAP TS-231P, оснащенный двумя LAN-портами и обеспечивающий высокую пропускную способность. Мы измерили скорости передачи данных по FTP, причем и в NAS-накопителе, и в целевом ПК были установлены быстрые SSD-накопители SATA. Настройки сети в веб-интерфейсе QNAP находятся в разделе «Панель управления | Системные настройки | Сеть».

Здесь в разделе «Интерфейсы» показаны оба Ethernet-порта. Щелкните раздел «Группирование портов | Добавить» и установите флажок для каждого интерфейса. Единственный режим, который надежно работал с коммутатором Netgear в ходе тестирования и привел к требуемым результатам, был «Balance-rr», при котором для передачи данных используются оба кабеля поочередно.

После щелчка на кнопке «Применить» NAS-накопитель на короткое время переходит в режим оффлайн для применения новых параметров. Если установлен режим, который не поддерживается, NAS будет недоступен; в этом случае необходимо нажать и удерживать в течение 3 секунд кнопку на задней стороне устройства. Это приведет к сбросу пароля и возврату параметров сети к значениям по умолчанию.

В теории базовый режим агрегации каналов с помощью двух компьютеров, подключенных к простым портам коммутатора Netgear, должен позволять одновременно скачать с NAS-диска два файла со скоростью 1 Гбит/с каждый. Но загрузка и закачка с двух ПК немного выбивает систему из ритма: при загрузке на сетевой накопитель скорость примерно на 25% ниже максимальной теоретически возможной.

Так как подобная конфигурация является относительно доступной и легко реализуемой, она, безусловно, подходит для домашних сетей, в которых доступ к NAS-накопителю осуществляется с нескольких компьютеров. Однако стоит обратить внимание на следующее: в то время, как параллельная передача данных помогает исчерпать возможности обеих сетевых линий, она же предъявляет повышенные требования к накопителям, установленным в NAS-устройстве. Желательно использоваться SSD-диски.

Удвоенная скорость передачи данных от NAS-сервера к ПК также возможна, однако на практике этот вариант довольно сложен, как мы выяснили далее.

Настройка агрегации каналов на ПК

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

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

Наша успешная комбинация состоит из четырех определений интерфейсов, каждый из которых начинается с «auto…»: сначала указывается важное для системы устройство закольцовывания, в котором нельзя ничего изменить. В этом случае определяются, но не активируются, оба физических LAN-порта. Это происходит только в определении «bond0» указанного интерфейса агрегации каналов. Большинство записей предназначены для конфигурирования IP-настроек в ручном режиме, режим подключения указывается с помощью строки «bond-mode». Режим 4 предназначен для соединения по стандарту «802.3ad» и обеспечивает максимальную скорость до 1628 Мбит/с.

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

Однако есть как минимум одна загвоздка: обе линии используются только в том случае, если по FTP одновременно передаются два файла (в меню настроек Filezilla: «Передачи | Максимум одновременных передач: 2»). При повышении этого значения скорость очень быстро уменьшается. Кроме того, необходимо обращать внимание на то, чтобы между ПК и NAS-сервером отсутствовала любая другая связь (например, открытый веб-интерфейс NAS, SSH-соединение), так как даже минимальная загрузка линии приводит к тому, что обе передачи данных осуществляются только по одной линии вместо двух.

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

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

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

Ethernet 10 Гбит и SFP+

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

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

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

Самой дешевой моделью SFP+ является QNAP TS-531X-2G (от 48 000 руб.). Сетевые карты PCIe, поддерживающие SFP+, доступны по цене от 15 000 руб. (Внимание! Большинство из них работают только с драйверами серверной версии Windows!) Впрочем, как показывает маршрутизатор Netgear, складывается ситуация, что SFP+ может проникнуть на массовый рынок и «взорвать» гигабитную границу.

ФОТО: Компании-производители; CHIP Studios