Использование мультигигабитных коммутаторов как философия компромисса
Что делать, когда нужны скорости больше 1Gbps, а в наличии только старая СКС категории 5E и сменить её нельзя. Куда подключить новейшие точки доступа со скоростью >3Gbps — неужели к старой гигабитной сети? И что делать, если требуется провести сеть в удалённый кабинет, куда невозможно пробросить дополнительную витую пару или оптоволокно?
Когда скорость Wi-Fi превышает гигабит в секунду
Обычно Wi-Fi были в роли если не догоняющих, то повторяющих развитие проводных соединений. Так было вплоть внедрения стандарта 802.11ac Wave2. Теперь новые устройства Wi-Fi способны обеспечить скорость выше, чем стандартный Gigabit Ethernet. В результате сложилась весьма интересная ситуация. Дальнейшее развитие Wi-Fi вплоть до Wi-Fi 6 только усугубило несоответствие традиционной гигабитной сети и новый беспроводных технологий.
В таблице 1 перечислены два «застрельщика» проводного гигабита, которые, в принципе и послужили причиной для создания мультигигабитных коммутаторов.
Таблица 1. Стандарты Wi-Fi 802.11ac Wave2 и 802.11ad
Помимо увеличения скорости передачи данных, в новых стандартах поддерживается функция MU‑MIMO, с помощью которой можно более эффективно распределять доступную полосу пропускания между несколькими беспроводными клиентами, работающими одновременно. Например, точка доступа с антенной конфигурацией 4×4 сможет обслуживать двух клиентов 2×2 одновременно, а не последовательно, как это было раньше.
Как видим, существующие проводные сети Gigabit Ethernet уровня доступа действительно являются «бутылочным горлышком» для более быстрых Wi-Fi соединений.
Получается, что пока два устройства работают друг с другом в рамках одной точки доступа, они используют довольно быстрые Wi-Fi каналы (начиная со стандарта 802.11ac Wave2).
На рисунках 1 и 2 показана ситуация, когда клиенты Wi-Fi работают в пределах одной точки доступа, однако стоит только одному из участников обмена законнектиться к удалённой точке, подключённой через гигабитный коммутатор и скорость передачи до этого узла не может быть выше 1 гигабита в секунду.
Рисунок 1. Связь между двумя клиентами Wi-Fi напрямую через «быструю» точку доступа.
Рисунок 2. Связь между двумя клиентами Wi-Fi через удалённые точки, соединённые через гигабитный коммутатор.
Разумеется, в арсенале локальных сетей есть 10 Gigabit Ethernet, 40 Gigabit Ethernet и даже 100 Gigabit Ethernet, но на практике переход даже к соединениям 10GBE потребовал бы обновления кабельной инфраструктуры с категории 5E (или 6) до 6A. Но такое масштабное обновление СКС зачастую не входит в планы организаций.
Как часто бывает в ИТ, понадобился способ «сделать невозможно возможным». С одной стороны, нужно вписаться в существующую инфраструктуру на категории 5E и 6, с другой стороны — поднять скорость до уровня, сопоставимого со скоростью передачи с большинством современных точек доступа.
В качестве такого «спасения» выступили новые стандарты 2.5GBASE-Т и 5GBASE-Т, которые описывают передачу данных на скоростях: 2.5 Gbps и 5Gbps соответственно, при этом позволяя обойтись без модернизации кабельной системы.
В сочетании с поддержкой технологии Power over Ethernet, позволяющей осуществлять удалённое питание точек доступа (а также камер видеонаблюдения, IP телефонов и других сетевых устройств) — это хорошее решение для сочетания проводной и беспроводной сети.
В то же время мультигигабитные коммутаторы сами могут выступать в роли не только коммутаторов уровня доступа, но и уровня агрегации.
Вторжение Wi-Fi 6
Стандарт Wi-Fi 6, также известный как 802.11ax, был анонсирован Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) и является следующим поколением Wi-Fi и следующим шагом в развитии локальных беспроводных сетей. Основываясь на возможностях стандарта 802.11ac, Wi-Fi 6 даёт возможность значительно увеличить скорость передачи данных и пропускную способность.
Использующие его точки доступа могут поддерживать большее количество клиентов в средах с высокой плотностью, а работа в стандартных беспроводных локальных сетях становится проще. Кроме того, он обеспечит более предсказуемую производительность для современных приложений, таких как просмотр видео в разрешении 4K и 8K, приложения для совместной работы с высокой плотностью и высоким разрешением, беспроводной доступ в офисах и Интернет вещей (IoT). В ближайшей перспективе именно Wi-Fi 6 будет определять будущее сетей Wi-Fi (см. документ: IEEE 802.11ax: шестое поколение Wi-Fi
Для подключения точек доступа Wi-Fi 6 в некоторых случаях требуется не только более высокая скорость локальной сети (>1Gbps), но и более высокая мощность питания (PoE++).
Ограничения мультигигабитных проводных соединений
Наш рассказ будет неполным, если не написать о некоторых нюансах, которые нужно учитывать при проектировании.
К сожалению, даже если переход на новый стандарт не требует обновления СКС, получить большую скорость передачи данных не всегда возможно.
При повышении скорости передачи данных возрастают требования к помехоустойчивости и отсутствии помех. Работа мощных излучателей электромагнитного поля оказывает на мультигигабитные соединения большее влияние, чем на стандартный гигабит.
Другое ограничение из разряда «де-факто» касается физической среды передачи данных. На более высокой скорости состояние кабельной системы, качество проводников оказывает большую роль, нежели для соединений в рамках стандарта Gigabit Ethernet. «Капитан Очевидность» подсказывает, что если в данной СКС регистрируется падение скорости при попытке передачи в 1Gbps, то не стоит ожидать чуда, пытаясь добиться скорости в 2,5Gbps.
Ещё одно ограничение «де-факто» состоит в том, что далеко не все сетевые адаптеры для десктопов и серверов поддерживают новые стандарты для проводных соединений: 2.5GBASE-Т и 5GBASE-Т. По-прежнему много сетевых карт поддерживает только Gigabit Ethernet и 10GBE, что не позволяет использовать все преимущества мультигигабитных коммутаторов для любой ситуации.
То есть если вы хотите подключить к сети 2.5GBASE-Т или 5GBASE-Т рабочую станцию (настольный ПК) или даже сервер, нужно быть готовыми к тому, что, возможно, придётся покупать соответствующий сетевой адаптер.
Такие нюансы стоит сразу учитывать на начальном этапе проектирования, чтобы потом не удивляться «неправильным» результатам при внедрении нового оборудования.
Простой и удобный коммутатор для малых сетей
При проектировании небольших сетей начального уровня встаёт дилемма:
с одной стороны, нет смысла вкладывать средства в универсальное решение на все случаи жизни потому что на данном этапе не до конца понятно: будет ли развиваться данная инфраструктура, если будет, то в каком направлении;
с другой стороны, закладываться исключительно в рамках узкого решения, без учёта роста, без возможности манёвра — обычно это означает потратить деньги впустую, потому что со временем всё равно придётся что-то менять.
Решить эту задачу с учётом развития помогают модульные решения. Так один коммутатор вначале является единственным для ИТ инфраструктуры, а впоследствии, после появления в сети уровня агрегации — становится одним из многих коммутаторов уровня доступа.
С другой стороны, если ИТ инфраструктура так и не получит развития, то и затраты на неё должны быть минимальны. Поэтому простота управления и прозрачность настройки приветствуются.
Коммутатор Zyxel XGS1010–12 как раз и призван разрешить данное противоречие. Несмотря на небольшое количество портов, это действительно универсальное решение:
8 портов (с 1 по 8) Gigabit Ethernet;
2 порта (9 и 10) с поддержкой 2.5Gbps;
2 порта (11 и 12) — 10 Gigabit Ethernet SFP+.
Например, можно подключить 9 пользователей на рабочих станциях и ноутбуках через витую пару, 1 принт-сервер тоже через витую пару, дополнительно повесить 2 точки доступа с подключением по витой паре к портам 9 и 10 со скоростью 2.5Gbps, а для Uplink использовать порты 11 и 12 с подключением по оптоволокну через трансивер.
Рисунок 3. 12-портовый неуправляемый мультигигабитный коммутатор Zyxel XGS1010–12 с 2 портами 2.5G и 2 портами 10G SFP+
В Zyxel XGS1010–12 интересно решён вопрос QoS и приоритетов — за счёт задания характеристик портов на аппаратном уровне.
Из 8 гигабитных портов:
порты 7 и 8 имеют максимальный приоритет;
порты 5 и 6 — средний приоритет;
остальные порты с 1 по 4 имеют обычный, то есть низкий приоритет.
Чтобы задать приоритет трафика, достаточно подключить патчкорд в нужный порт. Довольно простое решение, позволяющее обойтись без дополнительных настроек.
Рисунок 4. Распределение портов Zyxel XGS1010–12.
Универсальный солдат — Zyxel NebulaFlex XS1930–12HP
Грамотный подход при проектировании сети включает в себя попытку заложить основу для последующего развития. Однако целиком и полностью знать, каким будет наше будущее — невозможно. Мы может пытаться прогнозировать, основываясь на некоторые тенденции развития отрасли. Но что будет с данной организацией хотя бы через год и, тем более, с конкретным сегментом её сети — предугадать довольно сложно.
Поэтому часто закладывают некоторый резерв, в расчёте на то, что технологии будут развиваться и клиентам в сети понадобится поддержка максимально доступных скоростей передачи данных.
В этом случае имеет смысл сразу приобретать более универсальные варианты, такие как мультигигабитный коммутатор Zyxel NebulaFlex XS1930–12HP
Новый коммутатор Zyxel NebulaFlex XS1930–12HP поддерживает новейший стандарт PoE IEEE 802.3bt (PoE ++), обеспечивая питание на порту до 60 Вт для точек доступа Wi-Fi 6, а также обратную совместимость с существующими устройствами PoE/PoE+. Относительно большая мощность PoE в 375 Вт у XS1930–12HP обеспечивает достаточный запас для подключения до 8 точек доступа Wi-Fi 6 (11ax).
Рисунок 5. 10/12-портовый мультигигабитный коммутатор Zyxel NebulaFlex XS1930–12HP
У этого «малыша» имеется 10 портов RJ45 под витую пару, которые поддерживают весь диапазон скоростей 100M/1G/2.5G/5G/10G. Из них:
8 портов 100M/1G/2.5G/5G/10G и обеспечивают питание через PoE,
2 порта 100M/1G/2.5G/5G/10G не поддерживают PoE и могут быть использованы для подключения сетевого оборудования, серверов, NAS и так далее.
Ещё два порта 1G/10G (см. рисунок 6) имеют интерфейс SFP+ и могут быть использованы для Uplink/DownLink, в том числе по оптоволоконным соединениям через соответствующий трансивер.
Из дополнительных преимуществ:
Возможно управление через централизованную облачную платформу Zyxel Nebula.
В данной модели достаточно интересно организована цветовая индикации скорости на каждом из портов. Цветовая индикация указана в таблице 2.
Таблица 2. Светодиодная цветовая индикация скорости подключения на портах Zyxel NebulaFlex XS1930–12HP.
В качестве рекомендации стоит отметить, что использование данного коммутатора является хорошим решением «на вырост», когда планируется развитие сети.
Рисунок 6. Распределение портов Zyxel NebulaFlex XS1930–12HP
Ещё варианты использования: можно развесить 8 точек доступа c питанием напрямую через и ещё 2 с питанием через PoE инжекторы, можно подключить сервер или СХД через порты 10GBE SFP+.
Не только для Wi-Fi
Передача данных с более высокой скоростью требуется не только для более быстрых соединений точек доступа, но и для обеспечения более быстрых Uplink между коммутаторами уровня доступа и уровня агрегации по старым линиям категории 5E.
Не секрет, что коммутаторы уровня доступа порой располагаются на некотором удалении от центральной ИТ-инфраструктуры. Например, если на каждом этаже имеется свой кроссовый шкаф, то, чтобы объединить коммутаторы в этих шкафах в единую сеть без дополнительных затрат на прокладку оптоволоконных кабелей или витой пары более высокой категории — тут мультигигабитные коммутаторы придутся весьма кстати.
Для уровня агрегации такой разносортной сети неплохо подойдёт Zyxel NebulaFlex Pro XS3800–28
Примечание. Возможно управление через централизованную облачную платформу Zyxel Nebula.
Рисунок 7. 28-портовый управляемый коммутатор Zyxel NebulaFlex Pro XS3800–28 10GbE L3 Lite
Zyxel NebulaFlex Pro XS3800–28 имеет:
16 портов SFP+ 10G,
8 портов Multi-Gigabit combo (100M/1G/2.5G/5G/10G) RJ‑45/(1G/10G) SFP+,
4 порта 100M/1G/2.5G/5G/10G Ethernet (RJ‑45).
Это позволяет реализовать уровень агрегации, что называется, по максимуму, подключая коммутаторы уровня доступа как через привычный интерфейс SFP+ по «оптике» или витой паре через соответствующие трансиверы, так и через «бюджетный» вариант, когда доступно только подключение через проложенную витую пару категории 6 или даже 5Е.
Рисунок 8. Распределение портов Zyxel NebulaFlex Pro XS3800–28 10GbE L3 Lite.
Соответственно, используя функцию агрегирования портов 10GBE, можно обеспечить Uplink до уровня ядра сети.
Примечание. На начальном этапе развития сетевой инфраструктуры Zyxel NebulaFlex Pro XS3800–28 может выступить в качестве ядра сети. Достаточное количество портов 10GBE позволяет использовать его в этой роли для небольшой ИТ инфраструктуры.
_____________
Прогресс не стоит на месте, а природа не терпит пустоты. Поэтому любая технологическая ниша рано или поздно заполняется. Если какие-то технологии сосуществуют вместе, то рывок одной из них неизбежно потянет вперёд и другую.
Перед принятием решения о выборе сетевого оборудования, будет не лишним на всякий случай заглянуть на сайт производителя. Возможно, когда вы читаете эти строки, уже вышел новый стандарт, новое оборудование и другие новшества, которые нужно учитывать в своей работе.
Приглашаем в телеграм-чат Zyxel Клуб: консультации с практикующими специалистами Zyxel, техническая поддержка, общение.
А еще у нас есть форум для технических специалистов. Добро пожаловать!
Полезные ссылки:
802.11ac: что нам нужно знать о новом стандарте Wi-Fi
Физика Ethernet для самых маленьких
Национальная библиотека им. Н.Э. Баумана — Gigabit Ethernet
IEEE 802.11ax: шестое поколение Wi-Fi
Описание коммутатора Zyxel XGS1010–12
Описание коммутатора Zyxel NebulaFlex XS1930–12HP
Описание коммутатора Zyxel NebulaFlex Pro XS3800–28
