Tecnología de conmutación de 10 Gigabit Ethernet para empresas

Descripción de la tecnología

Propiedad de la capa MAC

Dado que 10 Gigabit Ethernet sigue siendo parte de Ethernet, puede aprovechar la tecnología Ethernet que ha evolucionado a lo largo de los años para simplificar el proceso de migración a esta tecnología de mayor velocidad. Al igual que Fast Ethernet y Gigabit Ethernet anteriores, 10 Gigabit Ethernet utiliza el protocolo MAC IEEE 802.3 Ethernet, el formato de trama de Ethernet y el tamaño de trama. Admite servicios Ethernet estándar como la agregación de enlaces 802.3ad, que puede agregar hasta ocho enlaces Ethernet de 10 Gigabit en una sola conexión virtual de 80 Gbps. Dado que 10 Gigabit Ethernet también es una tecnología de igual a igual de dúplex completo, puede admitir el tráfico de ambos extremos del enlace sin provocar colisiones de paquetes. Por lo tanto, no tiene un límite de distancia inherente. La distancia máxima del enlace depende del mecanismo de transporte y de la fibra del medio de transmisión y no depende del rango del dominio de colisión de Ethernet.

Atributo de la capa física

Convenciones de nomenclatura y alcance del trabajo para interfaces genéricas

Cuando apareció un nuevo tipo de tecnología Ethernet, una de las primeras preguntas que la gente hizo fue: "¿Hasta dónde puede viajar?" Al igual que las tecnologías Ethernet anteriores, la distancia de transmisión de Gigabit Ethernet depende del tipo de interfaz física utilizada por el usuario. Hay muchas interfaces Gigabit Ethernet disponibles, por lo que las personas necesitan una convención de nomenclatura uniforme para distinguir entre diferentes interfaces de fibra, tipos de fibra y distancias de transmisión.

Apariencia

La interfaz conectable de 10 Gigabit Ethernet tiene una variedad de formas, como XENPAK, X2 y XFP. Desde una perspectiva de implementación, las principales diferencias entre estas apariencias son: 1) el ancho de la interfaz física de 10 Gigabit Ethernet admitida por una apariencia dada; 2) el tamaño físico. Por ejemplo, el factor de forma XFP actualmente no es compatible con los módulos de transmisión óptica 10GBASE-LX4 y 10BASE-CX4 debido a limitaciones de espacio. Siempre y cuando el Gigabit 10 Tipos de interfaz física Ethernet (como 10GBASE-LX4 o 10GBASE-SR) en los dos extremos del enlace son iguales, diferentes tipos de interfaces pueden interoperar en la transmisión óptica.

Las ventajas de 10 Gigabit Ethernet sobre la agregación de múltiples enlaces Gigabit Ethernet:

• Reduzca el uso de fibra: un paquete de enlaces de 10 Gigabit Ethernet utiliza menos que la agregación de Gigabit Ethernet. Este último requiere un paquete de fibra para cada enlace Gigabit Ethernet. Esta ventaja de 10 Gigabit Ethernet puede reducir la complejidad del cableado del centro de datos. Para los entornos de campus que no pueden colocar más fibra por el costo, 10 Gigabit Ethernet puede utilizar el cableado de fibra existente de manera más eficiente.

• Soporte más potente para grandes flujos de datos: debido a los requisitos de secuenciación de paquetes de los dispositivos finales, los enlaces que agregan enlaces Gigabit Ethernet solo admiten flujos de datos de 1 Gbps. Por el contrario, debido a la mayor capacidad de un solo enlace de 10 Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet puede admitir aplicaciones de manera más eficiente que generan múltiples flujos de Gb.

• Mayor vida útil de la implementación: 10 Gigabit Ethernet puede proporcionar una mayor escalabilidad que varios enlaces Gigabit Ethernet para prolongar la vida útil de la implementación. Se pueden agregar hasta ocho enlaces Ethernet de 10 Gigabit en una conexión virtual de 80 Gbps.

Escenario de aplicación empresarial de 10 Gigabit Ethernet

Ahora se puede implementar 10 Gigabit Ethernet en el cableado de fibra existente desde el centro de datos hasta el enlace ascendente del armario de cableado. A medida que aumenta el ancho de banda de conexión del dispositivo terminal, la implementación de 10 Gigabit Ethernet puede continuar expandiéndose más allá del núcleo de la red, mejorando así la escalabilidad de la red. Estas amplias implementaciones han aumentado en gran medida la sobreutilización de los enlaces ascendentes en el armario de cableado, especialmente considerando que más del 90 % del tráfico entre cableado fluirá a través del enlace ascendente de norte a sur.

A fines de la década de 1990, era una práctica común implementar Ethernet 10/100 para computadoras de escritorio con enlaces ascendentes Gigabit Ethernet redundantes. Suponga que 192 usuarios están conectados a cada conmutador. En ese caso, la tasa de exceso de uso es de aproximadamente 19:1. De acuerdo con los requisitos de las mejores prácticas de diseño de red estándar, el exceso de uso de ancho de banda en el armario de cableado debe estar entre 15:1 y 20:1, por lo que esta práctica no está fuera del alcance de las reglamentaciones. Sin embargo, con la creciente popularidad de Gigabit Ethernet en el escritorio en los últimos años, estas tasas de uso excesivo han aumentado rápidamente hasta 48:1 o incluso 96:1. Incluso si el enlace ascendente del armario de cableado ha aumentado a dos o cuatro canales Gigabit Ethernet, la situación no ha cambiado. Implementación de enlaces ascendentes de 10 Gigabit Ethernet para soluciones de conmutación ayuda a restaurar el uso excesivo del armario de cableado a los requisitos de las mejores prácticas de diseño de red y amplía aún más la capacidad de ancho de banda para satisfacer las necesidades futuras.

Aplicación de escritorio

Las implementaciones de 10 Gigabit Ethernet en toda la empresa pueden admitir un número cada vez mayor de aplicaciones de escritorio. Estas aplicaciones han aumentado considerablemente la necesidad de ancho de banda de la empresa, que incluyen:

Carga total de datos de escritorio

A medida que las cargas de trabajo de escritorio continúan creciendo (como se muestra en la Figura 3) y las nuevas aplicaciones demandan anchos de banda más altos, los requisitos de ancho de banda total de cada escritorio continúan aumentando. Por ejemplo, las aplicaciones de copia de seguridad de PC son especialmente importantes ya que cada vez más empleados confían en los últimos datos de PC. Al realizar tareas de copia de seguridad automáticamente, en lugar de por parte de los usuarios, puede reducir la pérdida de datos y aumentar la frecuencia de la copia de seguridad. Las copias de seguridad frecuentes de todos los equipos de escritorio de una empresa suponen una gran carga para la red, especialmente si se considera el impacto del tamaño de los archivos en aumento (como los archivos de datos de Microsoft Outlook y las presentaciones de PowerPoint). Además, las empresas están pasando de las aplicaciones cliente / servidor tradicionales (es decir, el uso de clientes dedicados inflados en cada escritorio) a las aplicaciones basadas en la Web (que usan un navegador estándar simple en cada escritorio) para aprovechar las ventajas de ahorro de costos. de la tecnología Web en operaciones y desarrollo.

• Aplicaciones de video IP

– Muchas empresas están implementando aplicaciones de video IP de gran ancho de banda para aumentar la productividad y reducir los costos operativos. Por ejemplo, el aprendizaje en línea permite a los empleados acceder a información de capacitación importante las 24 horas del día, los 7 días de la semana a bajo costo, acceso a capacitación de ventas oportuna y capacitación rápida sobre cómo brindar servicios, cursos, habilidades y capacitación reglamentaria para mejorar la productividad de los empleados. La comunicación de video IP entre la empresa y la gerencia ayuda a fortalecer el consenso de los empleados comerciales sobre los objetivos comerciales y mejora la moral de los empleados. Esta es también una forma extremadamente eficaz de promover la comunicación dentro de las empresas multinacionales. Las soluciones de videovigilancia IP se utilizan para aumentar la visibilidad de la seguridad y acelerar la recuperación y el análisis de los datos archivados. Para aquellos que necesitan comunicación cara a cara pero no tienen tiempo para llegar a la ubicación designada, las videoconferencias IP pueden ayudarlos de manera efectiva. Todas estas aplicaciones de video IP son capaces de generar múltiples flujos de video IP de hasta varios Gb, según la calidad de video que la empresa desee lograr. Sin duda, esto ocupará una gran cantidad de ancho de banda de la red.

• Aplicaciones específicas de la industria

– Muchas industrias tienen aplicaciones personalizadas que requieren una gran capacidad de ancho de banda y un alto rendimiento. Ya sea que estas aplicaciones estén agrupadas o basadas en el modelo cliente-servidor, 10 Gigabit Ethernet puede mejorar rápidamente el rendimiento de la red. Por ejemplo, en la industria médica, las aplicaciones de imágenes digitales (como los sistemas de archivo de imágenes [PACS]) a menudo se usan para reducir costos, reducir el tiempo para adquirir y analizar imágenes médicas (como rayos X, resonancias magnéticas y tomografías computarizadas). y mejorar la productividad de los profesionales de la salud. En las industrias de los medios y la publicidad, las aplicaciones de video digital pueden ayudar a las empresas a producir clips de video de manera efectiva, y editarlos y revisarlos dentro de equipos dispersos. En la industria manufacturera, cada vez se deben compartir más archivos de diseño CAD y CAM de gran tamaño entre los miembros del equipo en diferentes ubicaciones. En la industria financiera, la necesidad continua de información financiera más valiosa y en tiempo real ha aumentado aún más la necesidad de rendimiento de la red.

Red de almacenamiento

Impulsada por aplicaciones como servicio al cliente, mensajería, comercio electrónico, multimedia en línea y contenido de directorio, la demanda empresarial de capacidad de almacenamiento ha seguido creciendo. Tal "explosión de información" requiere que los gerentes de TI encuentren formas de acceder, administrar y proteger los datos de manera rentable.

Pasar del almacenamiento adjunto directo centrado en el servidor al almacenamiento compartido centrado en la red es una estrategia importante para lograr estos objetivos. Compartir almacenamiento en red en centros de datos, redes metropolitanas y empresas puede traer los siguientes beneficios:

• Maximizar el uso de los recursos de información y almacenamiento de manera compartida

• Simplificar la gestión del entorno de almacenamiento.

• Minimice el costo total de propiedad (TCO) de su almacenamiento

• Mejorar la disponibilidad e integridad de los datos

Con 10 Gigabit Ethernet, los administradores de TI ahora pueden llevar sus entornos de almacenamiento en red al siguiente nivel y aprovechar las redes basadas en Ethernet para admitir las soluciones de almacenamiento más exigentes, como:

• Mejorar la sostenibilidad empresarial mediante la copia de seguridad del centro de datos y la recuperación ante desastres.

–Para cumplir con los estrictos requisitos comerciales, las empresas se han visto desafiadas a desarrollar estrategias de recuperación ante desastres y continuidad comercial rentables, seguras y escalables. Un factor importante para que las empresas adopten redes de almacenamiento metropolitanas es que necesitan establecer copias de seguridad y duplicación remota en ubicaciones remotas para expandir los centros de datos que han alcanzado los límites de capacidad, o para centralizar los recursos del centro de datos en múltiples campus o ubicaciones. La capacidad de transmisión remota de 10 Gigabit Ethernet permite a las empresas proporcionar conectividad de red de alta velocidad entre dos ubicaciones separadas por 80 kilómetros. La distancia de transmisión se puede extender aún más mediante el uso de un amplificador óptico y un compensador de dispersión. De esta manera, las empresas pueden admitir múltiples campus dentro de este rango, lo que permite la transferencia de datos de almacenamiento al servidor y de almacenamiento a almacenamiento. Con el alto ancho de banda, la baja latencia y la seguridad que ofrecen 10 Gigabit Ethernet y la conmutación inteligente, las empresas pueden transferir datos de manera más fácil y sin problemas entre componentes remotos de los sistemas de almacenamiento empresarial. La figura 4 muestra una infraestructura Ethernet de 10 Gigabits que admite todas las soluciones y tecnologías de área metropolitana basadas en IP, incluidos almacenamiento conectado a red (NAS), interfaz de sistema de computadora pequeña de Internet (iSCSI) y canal de fibra basado en IP (FCIP). ) y protocolo de administración de datos de red (NDMP).

Para agregaciones que requieren mayor ancho de banda, mayores distancias de transmisión, menor latencia e implementaciones que admiten tecnologías que no son IP (como Fibre Channel o el protocolo de conectividad del sistema empresarial [ESCON] de IBM), multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM) en la red de área metropolitana (MAN) proporciona capacidades de transporte y acceso de almacenamiento independiente del protocolo y de alta capacidad. Las aplicaciones de almacenamiento clave para esta red de área metropolitana basada en fibra incluyen copia de seguridad, duplicación remota, recuperación ante desastres, agrupación en clústeres y subcontratación de almacenamiento. La duplicación síncrona requiere una latencia extremadamente baja y un gran ancho de banda, y 10 Gigabit Ethernet proporciona una combinación ideal de estos elementos para satisfacer esta necesidad comercial de misión crítica.

Figura 5. 10 Gigabit Ethernet para la consolidación y el intercambio de datos del NAS:

Figura 6. 10 Gigabit Ethernet para una mayor capacidad de distribución de consolidación de almacenamiento:

Computación en clúster y en cuadrícula

La agrupación en clústeres y la computación en red están diseñadas para satisfacer los requisitos de las aplicaciones que requieren un gran volumen de procesamiento de CPU, procesamiento de tareas y transferencias de E/S. Estas aplicaciones requieren varios servidores para completar la carga de trabajo de manera eficiente. La agrupación en clústeres proporciona una forma rentable de ampliar los requisitos de computación a varios servidores, lo que permite que varios nodos de computación trabajen juntos como un nodo de computación grande y virtual. Las aplicaciones agrupadas en clústeres pueden ser extremadamente sensibles al rendimiento de interconexión entre nodos de computación y, por lo tanto, imponen altas demandas en la infraestructura de red que conecta estos nodos. Por lo tanto, las aplicaciones agrupadas en clústeres pueden ser compatibles maximizando el rendimiento de la red con la baja latencia de 10 Gigabit Ethernet. Para minimizar la latencia del servidor y la carga de la CPU, las empresas están comenzando a adoptar algunas tecnologías novedosas del lado del servidor, como la aceleración de E/S a nivel de sistema, el motor de descarga TCP/IP (TOE) y el acceso directo a memoria remota (RDMA). Estos avances significativos en el rendimiento de la red y del servidor también pueden beneficiarse de los beneficios de interoperabilidad, administración y protección de la inversión de las tecnologías Ethernet e IP ampliamente implementadas.
Aunque las implementaciones de computación en clúster son utilizadas principalmente por instituciones de investigación, cada vez más organizaciones comerciales están adoptando esta tecnología. Los proveedores de servidores de aplicaciones y bases de datos han agregado soporte para la computación en clúster a sus productos. La computación en clúster también se usa ampliamente en otras aplicaciones de computación de alto rendimiento (HPC), como el análisis y el modelado financiero, la exploración y el análisis de petróleo y gas y el modelado de ingeniería.

Figura 7. 10 Gigabit Ethernet para clustering y grid computing:

Resum

La implementación de 10 Gigabit Ethernet está creciendo rápidamente debido al precio, los objetivos de rendimiento, la compatibilidad con nuevas interfaces de fibra óptica para implementaciones más amplias y el aumento de los requisitos de ancho de banda para las aplicaciones más nuevas. Sin embargo, 10 Gigabit Ethernet es solo una interfaz de red para una gama más amplia de soluciones de conmutación. Una implementación exitosa de 10 Gigabit Ethernet combina algunos de los principales servicios de conmutación inteligente, como seguridad integrada, alta disponibilidad, optimización de entrega y capacidad de administración mejorada para brindar el soporte necesario para nuevas aplicaciones. Además, para minimizar los costos, las empresas deben aprovechar al máximo las inversiones de intercambio existentes en módulos, chasis y otros componentes en la transición a 10 Gigabit Ethernet.