Ancho de banda, latencia, fluctuación y pérdida de paquetes

Al evaluar el rendimiento de una red, podemos evaluarlo desde cuatro aspectos: ancho de banda, latencia, jitter y pérdida de paquetes.

Métricas de rendimiento de la red

Ancho de banda

Concepto: El ancho de banda se define en Baidu Baike como la “velocidad de datos más alta” que puede pasar de un punto a otro en una red en una unidad de tiempo.

En las redes informáticas, el ancho de banda se refiere a la velocidad de datos más alta que puede pasar la red, que es la cantidad de bits por segundo (comúnmente medido en bps).

En pocas palabras, el ancho de banda se puede comparar con una carretera, lo que indica la cantidad de vehículos que pueden pasar en una unidad de tiempo.

Representación: El ancho de banda normalmente se expresa en bps, lo que indica cuántos bits por segundo;

Al describir el ancho de banda, a menudo se omiten los “bits por segundo”. Por ejemplo, un ancho de banda de 100M es 100Mbps, donde Mbps significa megabits por segundo.

Sin embargo, la velocidad a la que descargamos software se mide en Byte/s (bytes por segundo). Esto implica la conversión entre Bytes y bits. En el sistema numérico binario, cada 0 o 1 es un bit, que es la unidad más pequeña de almacenamiento de datos, y 8 bits forman un byte.

Al suscribirse a servicios de banda ancha, un ancho de banda de 100 M se refiere a 100 Mbps. La velocidad teórica de descarga de la red es de sólo 12.5 MBps, pero en realidad puede ser inferior a 10 MBps. Esta discrepancia se debe a varios factores, como el rendimiento de la computadora del usuario, la calidad del equipo de red, el uso de recursos, los horarios pico de la red, la capacidad de los servicios del sitio web, la degradación de la línea, la atenuación de la señal, etc. Como resultado, la red real La velocidad no puede alcanzar la velocidad teórica.

Estado latente

La latencia, en pocas palabras, es el tiempo que tarda un mensaje en viajar de un extremo de la red al otro.

Por ejemplo, cuando hago ping a la dirección de Google en mi computadora;

El resultado muestra una latencia de 12 ms. Esta latencia se refiere al tiempo de ida y vuelta que necesita el mensaje ICMP para viajar desde mi computadora hasta el servidor de Google y regresar.

(Ping se refiere al tiempo de ida y vuelta que tarda un paquete de datos en enviarse desde el dispositivo del usuario a un punto de prueba y luego regresar inmediatamente al dispositivo del usuario. Se conoce comúnmente como retraso de red y se mide en milisegundos, ms. )

La latencia de red Incluye cuatro componentes principales: retraso de procesamiento, retraso de cola, retraso de transmisión y retraso de propagación. En la práctica, consideramos principalmente el retraso de transmisión y el retraso de propagación.

Retraso de procesamiento: Los dispositivos de red, como conmutadores y enrutadores, requieren una cierta cantidad de tiempo para procesar los paquetes una vez recibidos. Esto incluye tareas como desencapsulación, análisis de encabezados, extracción de datos, verificación de errores y selección de rutas.

Normalmente, el retraso de procesamiento para los enrutadores de alta velocidad es del orden de microsegundos o incluso menos.

Retraso en la cola: El retraso en la cola se refiere al tiempo que pasan los paquetes en una cola mientras son procesados ​​por dispositivos de red como enrutadores o conmutadores.

El retraso en la cola de un paquete depende de si hay otros paquetes transmitiéndose actualmente en la cola.

Si la cola está vacía y no se transmiten otros paquetes, el retraso en la cola para el paquete es cero. Por el contrario, si hay mucho tráfico y muchos otros paquetes también están esperando su transmisión, el retraso en la cola puede ser significativo.

Los retrasos reales en las colas suelen oscilar entre milisegundos y microsegundos.

Retraso de transmisión: El retraso de transmisión es el tiempo que tardan los enrutadores y conmutadores en enviar datos, que es el tiempo necesario para que la cola del enrutador entregue el paquete al enlace de red.

Si (L) representa la longitud del paquete en bits y (R) representa la velocidad de transmisión del enlace desde el enrutador A al enrutador B en bits por segundo (bps), entonces el retraso de transmisión es L/R.

Los retrasos de transmisión reales suelen oscilar entre milisegundos y microsegundos.

Retardo de propagación: El retraso de propagación es el tiempo que tarda un mensaje en viajar a través del enlace físico entre dos enrutadores.

El retraso de propagación es igual a la distancia entre los dos enrutadores dividida por la velocidad de propagación del enlace, denotada como (D/S), donde (D) es la distancia entre los dos enrutadores y (S) es la velocidad de propagación de el enlace.

Los retrasos de propagación reales son del orden de milisegundos.

Comprender estos retrasos es crucial para optimizar el rendimiento de la red y garantizar una transmisión de datos eficiente.

Jitter

La fluctuación en las redes se refiere a la variación en el retraso entre la llegada de los paquetes, causada por la congestión de la red, la desviación del tiempo o los cambios de ruta. Por ejemplo, si el retraso máximo experimentado al acceder a un sitio web es de 10 ms y el retraso mínimo es de 5 ms, entonces la fluctuación de la red es de 5 ms.

Se utiliza un jitter para evaluar la estabilidad de una red; cuanto menor sea la fluctuación, más estable será la red.

Esto es particularmente importante en los juegos en línea, donde se requiere una alta estabilidad de la red para garantizar una buena experiencia de juego.

Causas de la fluctuación de la red: la fluctuación de la red puede ocurrir cuando hay congestión en la red, lo que genera retrasos variables en las colas que afectan la latencia de un extremo a otro. Esto puede provocar que el retardo entre el enrutador A y el enrutador B fluctúe, lo que provoca fluctuaciones en la red.

Paquete perdido

La pérdida de paquetes ocurre cuando uno o más paquetes de datos no logran llegar a su destino a través de una red. Si el extremo receptor detecta datos faltantes, solicitará una retransmisión de los paquetes perdidos en función de sus números de secuencia.

La pérdida de paquetes puede deberse a varios factores, siendo la congestión de la red uno de los más comunes. Cuando el tráfico de datos es demasiado pesado para que lo maneje el equipo de red, es posible que inevitablemente se pierdan algunos paquetes.

Tasa de pérdida de paquetes: La tasa de pérdida de paquetes es la relación entre la cantidad de paquetes de datos perdidos durante una prueba y la cantidad total de paquetes enviados. Por ejemplo, si se envían 100 paquetes y se pierde uno, la tasa de pérdida de paquetes es del 1%.

Apilado:El apilamiento se refiere a la práctica de conectar varios conmutadores que admiten funciones de apilamiento mediante cables de apilamiento, virtualizándolos de manera lógica en un único dispositivo de conmutación que participa en el reenvío de datos en su conjunto. El apilamiento es una tecnología de virtualización horizontal ampliamente utilizada que ofrece beneficios como una mayor confiabilidad, mayor número de puertos, mayor ancho de banda y una configuración de red simplificada.

¿Por qué es necesario el apilamiento?

Las redes de campus tradicionales utilizan redundancia de dispositivos y enlaces para garantizar una alta confiabilidad, pero su utilización de enlaces es baja y los costos de mantenimiento de la red son altos. La tecnología de apilamiento virtualiza varios conmutadores en un solo conmutador para simplificar la implementación de la red y reducir la carga de trabajo de mantenimiento de la red. El apilamiento tiene muchas ventajas:

Fiabilidad mejorada: El apilamiento permite que varios conmutadores formen un sistema de respaldo redundante. Por ejemplo, si el Switch A y el Switch B están apilados juntos, se apoyan mutuamente. Si el interruptor A falla, el interruptor B puede tomar el control para garantizar que el sistema continúe funcionando normalmente. Además, los sistemas apilados admiten la agregación de enlaces entre dispositivos, lo que también proporciona redundancia para los enlaces.

Esquema de apilamiento

Números de puerto ampliados: Cuando la cantidad de usuarios excede la densidad de puertos que un solo conmutador puede manejar, se pueden agregar nuevos conmutadores al existente para formar un sistema apilado, ampliando así la cantidad de puertos disponibles.

Esquema del número de puerto de expansión

Mayor ancho de banda: Para aumentar el ancho de banda del enlace ascendente de un conmutador, se pueden agregar nuevos conmutadores para formar un sistema apilado. Se pueden configurar múltiples enlaces físicos de conmutadores miembros en un grupo de agregación para mejorar el ancho de banda del enlace ascendente del conmutador.

Mayor ancho de banda

Configuración de red simplificada: En una red apilada, varios dispositivos se configuran virtualmente como un único dispositivo lógico. Esta simplificación elimina la necesidad de que protocolos como MSTP rompan bucles, agiliza la configuración de la red y depende de la agregación de enlaces entre dispositivos para lograr una conmutación por error rápida en caso de falla de un solo dispositivo, mejorando así la confiabilidad.

Configuración de red simplificada

Apilamiento a larga distancia: Los usuarios de cada piso pueden acceder a la red externa a través de interruptores de pasillo. Al conectar interruptores de pasillo que están muy separados para formar una pila, convierte efectivamente cada edificio en un único dispositivo de acceso, simplificando la estructura de la red. Cada edificio tiene múltiples enlaces a la red central, lo que hace que la red sea más sólida y confiable. La configuración de múltiples conmutadores de corredor se simplifica a la configuración del sistema apilado, lo que reduce los costos de administración y mantenimiento.

Apilamiento a larga distancia

Dispositivos que admiten apilamiento

La mayoría de los conmutadores convencionales admiten el apilamiento. Por ejemplo, los conmutadores para campus de la serie S de Huawei y los conmutadores para centros de datos CloudEngine tienen modelos que admiten el apilamiento. Para los conmutadores de campus de la serie S, solo los conmutadores tipo caja admiten apilamiento; Dos conmutadores de tipo chasis juntos forman un grupo. Para los conmutadores del centro de datos CloudEngine, tanto los conmutadores de tipo chasis como los de tipo caja tienen modelos que admiten el apilamiento, con la diferencia de que los conmutadores de tipo chasis solo admiten el apilamiento de dos dispositivos.

Conceptos de establecimiento de pilas

En un sistema de apilamiento, todos los interruptores individuales se denominan interruptores de miembros. Según sus funciones, se pueden clasificar en tres roles:

Interruptor maestro: El conmutador maestro es responsable de gestionar toda la pila. En un sistema de apilamiento sólo hay un interruptor maestro.

Interruptor de espera: El interruptor de reserva actúa como respaldo del interruptor maestro. Sólo hay un interruptor de reserva en un sistema de apilamiento. Se hace cargo de todas las operaciones del interruptor maestro original en caso de falla.

Interruptores esclavos: Los conmutadores esclavos se utilizan para el reenvío de tráfico empresarial. Puede haber varios conmutadores esclavos en un sistema de apilamiento. Cuantos más conmutadores esclavos haya, mayor será el ancho de banda de reenvío de la pila.

Todos los conmutadores miembros, excepto los conmutadores maestro y de reserva, son conmutadores esclavos. Un conmutador esclavo asume el papel de conmutador de reserva cuando este último no está disponible.

ID de pila

La ID de la pila se utiliza para identificar los conmutadores miembro dentro de la pila, lo que representa el número de ranura del conmutador miembro. Cada conmutador miembro tiene una ID de pila única en el sistema.

Prioridad de pila

La prioridad de pila es un atributo de los conmutadores de miembros, que se utiliza principalmente durante el proceso de elección de roles para determinar la función de los conmutadores de miembros. Cuanto mayor sea el valor de prioridad, mayor será la probabilidad de ser elegido como interruptor maestro.

Proceso de establecimiento de pila

El proceso de establecimiento de una pila incluye las siguientes cuatro etapas:

• Según los requisitos de la red, seleccione los cables de apilamiento y los métodos de conexión. Diferentes productos admiten diferentes métodos de conexión física. Para los conmutadores de caja de campus de la serie S y los conmutadores de caja de centro de datos CloudEngine, se admiten topologías de conexión en cadena y en anillo. Para los conmutadores de chasis del centro de datos CloudEngine, se admiten conexiones de puerto SIP y conexiones de puerto de servicio.
• Elija el interruptor maestro. Después de que todos los interruptores miembros estén encendidos, el sistema de apilamiento comienza la elección del interruptor maestro. Cada conmutador miembro del sistema de apilamiento tiene una función definida y el conmutador maestro gestiona toda la pila.
• Asigne ID de pila y elija el interruptor de espera. Una vez completada la elección del conmutador maestro, recopila información de topología de todos los conmutadores miembros, calcula las entradas de la tabla de reenvío de pila, las distribuye a todos los conmutadores miembros y asigna ID de pila. Posteriormente se realiza la elección del interruptor de reserva para que sirva como respaldo del interruptor maestro. El interruptor que completa primero el inicio del dispositivo, que no sea el interruptor maestro, tiene prioridad como interruptor en espera.
• Sincronice versiones de software y archivos de configuración. Una vez completada la elección de roles y la recopilación de topología, todos los conmutadores miembros sincronizan automáticamente la versión de software y el archivo de configuración del conmutador maestro.
• El sistema de apilamiento puede cargar automáticamente el software del sistema. Los conmutadores miembros que forman una pila no necesitan la misma versión de software; sólo necesitan ser compatibles. Si la versión de software del conmutador esclavo o en espera difiere de la del conmutador maestro, el conmutador esclavo o en espera descargará automáticamente el software del sistema desde el conmutador maestro, se reiniciará con el nuevo software del sistema y se reincorporará a la pila.
• El sistema de apilamiento también tiene un mecanismo de sincronización de archivos de configuración. El conmutador maestro guarda el archivo de configuración para toda la pila y gestiona la configuración de todo el sistema. Los conmutadores en espera o esclavos sincronizan el archivo de configuración del conmutador maestro a su conmutador y lo ejecutan. Esto garantiza que varios dispositivos en la pila puedan funcionar como un solo dispositivo en la red y, en caso de falla del conmutador maestro, los conmutadores restantes aún pueden realizar todas las funciones normalmente.

Introducción a los módulos ópticos SFP (SFP+)

Los módulos y conmutadores ópticos son indispensables en proyectos de redes comunes, como la implementación de redes empresariales y la construcción de centros de datos. Los módulos ópticos convierten principalmente señales eléctricas en señales ópticas, mientras que los interruptores facilitan el envío de estas señales optoelectrónicas. Entre los diversos módulos ópticos disponibles, los módulos SFP+ son uno de los más utilizados en la actualidad. Los diferentes métodos de conexión con conmutadores pueden cumplir diversos requisitos de red.

¿Qué es el módulo óptico SFP+?

El módulo óptico SFP+ es un tipo de módulo de fibra 10G dentro de la familia SFP, independiente de los protocolos de comunicación. Normalmente conectado a conmutadores, enrutadores de fibra y tarjetas de red de fibra, se utiliza en sistemas de canal de fibra Ethernet de 10 G bps y de 8.5 G bps para satisfacer las demandas de mayor velocidad de los centros de datos y facilitar la expansión y conversión de la red.

Los módulos SFP+ ofrecen una alta densidad de tarjetas de línea y un tamaño compacto, lo que permite la interoperabilidad con otros tipos de módulos 10G. Esto proporciona a los centros de datos una mayor densidad de instalación y ahorro de costos, lo que los convierte en un módulo óptico enchufable común en el mercado.

Tipos de módulos ópticos SFP+

Generalmente, los módulos ópticos SFP+ se clasifican según sus aplicaciones reales. Los tipos comunes incluyen módulos 10G SFP+, BIDI SFP+, CWDM SFP+ y DWDM SFP+.

Módulos 10G SFP+: Estos son módulos SFP+ estándar, considerados una versión mejorada de los módulos SFP 10G y son un diseño convencional en el mercado.

Módulos BIDI SFP+: Utilizando tecnología de multiplexación por división de longitud de onda, estos módulos tienen una velocidad de hasta 11.1 Gbps y un bajo consumo de energía. Con dos puertos de fibra óptica, normalmente se usan en pares, lo que reduce la cantidad de fibra utilizada y los costos de construcción en la construcción de redes de centros de datos.

Módulos CWDM SFP+:Al emplear tecnología de multiplexación por división de longitud de onda gruesa, estos módulos se utilizan a menudo con fibras monomodo, lo que ahorra recursos de fibra y ofrece flexibilidad y confiabilidad en la red, con bajo consumo de energía.

Módulos DWDM SFP+: Utilizando tecnología de multiplexación por división de longitud de onda densa, estos módulos se utilizan a menudo para la transmisión de datos a larga distancia, con una distancia máxima de hasta 80 km. Presentan altas tasas, gran capacidad y gran escalabilidad.

Cómo emparejar módulos ópticos SFP+ con conmutadores

Se pueden conectar diferentes tipos de módulos ópticos a conmutadores para diversas soluciones de red. A continuación se muestran varios escenarios de aplicaciones prácticas para emparejar módulos ópticos SFP+ con conmutadores.

Solución 1: Conexión entre conmutadores y módulos ópticos SFP+ 10G

Inserte cuatro módulos ópticos SFP+ de 10G en los puertos SFP+ de 10Gbps de un conmutador y luego inserte un módulo óptico QSFP+ de 40G en el puerto QSFP+ de 40Gbps de otro conmutador. Finalmente, conéctelos en el medio con un puente de fibra óptica. Este método de conexión logra principalmente la expansión de la red de 10G a 40G, lo que puede satisfacer de manera rápida y conveniente las necesidades de actualización de la red de los centros de datos.

Solución 2: Conexión entre módulos ópticos y conmutadores BIDI SFP+

Inserte los módulos ópticos en los puertos SFP+ de dos conmutadores y luego utilice los puentes de fibra óptica LC correspondientes a los puertos del módulo para conectar los módulos ópticos en ambos conmutadores. Este método de conexión logra de manera efectiva la conexión de datos más simple y económica, aplicable a conexiones Ethernet en centros de datos, cableado empresarial y transmisión de operadores de telecomunicaciones.

Escenario 3: Conexión entre módulos ópticos y conmutadores CWDM SFP+

Este método de conexión utiliza repetidores, transceptores de fibra óptica y CWDM para conectar los módulos ópticos con los conmutadores, convirtiendo los puertos eléctricos RJ45 en los conmutadores Ethernet 10G a las longitudes de onda CWDM requeridas por los multiplexores CWDM.

Escenario 4: Conexión entre módulos ópticos y conmutadores DWDM SFP+

Inserte los módulos ópticos en los puertos SFP+ de los conmutadores y luego use puentes de fibra óptica blindados para conectarlos con el DWDM. Este método de conexión protege las señales ópticas durante la transmisión a larga distancia, reduciendo significativamente la pérdida de onda óptica y es adecuado para la transmisión de señales ópticas a larga distancia.

Precauciones para conectar módulos ópticos SFP+ con conmutadores

1. Asegúrese de que la longitud de onda y la distancia de transmisión de los módulos ópticos utilizados por ambos conmutadores sean las mismas, así como si son monofibra o bifibra, monomodo o multimodo. Si hay una discrepancia, utilice el convertidor correspondiente.
2. Cuando utilice módulos ópticos, trate de evitar la electricidad estática y los golpes. Si ocurre un golpe, no se recomienda continuar usando el módulo.
3. Preste atención a la orientación de inserción del módulo óptico; el anillo de extracción y la etiqueta deben mirar hacia arriba.
4. Al insertar el módulo óptico en el interruptor, empújelo firmemente hasta el fondo. Generalmente habrá una ligera vibración. Después de la inserción, tire ligeramente del módulo para comprobar si está instalado correctamente.
5. Al desmontar el módulo óptico, primero tire del anillo hasta una posición de 90 grados con respecto al puerto y luego retire el módulo.