Пропускная способность, задержка, джиттер и потеря пакетов

Оценивая производительность сети, мы можем оценить ее по четырем аспектам: пропускная способность, задержка, джиттер и потеря пакетов.

Показатели производительности сети

Пропускная способность

Концепция: Пропускная способность определяется в Baidu Baike как «самая высокая скорость передачи данных», которая может передаваться из одной точки сети в другую за единицу времени.

В компьютерных сетях пропускная способность означает самую высокую скорость передачи данных, которую может передавать сеть, то есть количество бит в секунду (обычно измеряется в бит/с).

Проще говоря, пропускную способность можно сравнить с шоссе, указывающим количество транспортных средств, которые могут проехать по ней в единицу времени.

Представление: Пропускная способность обычно выражается в бит/с, указывая, сколько бит в секунду;

При описании пропускной способности часто опускается понятие «бит в секунду». Например, пропускная способность 100M равна 100 Мбит/с, где Мбит/с означает мегабит в секунду.

Однако скорость, с которой мы загружаем программное обеспечение, измеряется в Байтах/с (байтах в секунду). Это включает в себя преобразование между байтами и битами. В двоичной системе счисления каждый 0 или 1 представляет собой бит, который является наименьшей единицей хранения данных, а 8 бит составляют один байт.

При подписке на услуги широкополосного доступа пропускная способность 100M соответствует 100 Мбит/с. Теоретическая скорость загрузки по сети составляет всего 12.5 МБ/с, но на самом деле она может быть меньше 10 МБ/с. Это несоответствие обусловлено различными факторами, такими как производительность компьютера пользователя, качество сетевого оборудования, использование ресурсов, время пиковой нагрузки в сети, возможности служб веб-сайта, деградация линии, затухание сигнала и т. д. В результате фактическая сеть скорость не может достичь теоретической скорости.

Задержка

Проще говоря, задержка — это время, необходимое сообщению для перемещения от одного конца сети к другому.

Например, когда я проверяю адрес Google на своем компьютере;

Результат показывает задержку 12 мс. Эта задержка относится к времени прохождения туда и обратно сообщения ICMP от моего компьютера до сервера Google и обратно.

(Пинг означает время прохождения туда и обратно, необходимое для отправки пакета данных с устройства пользователя в контрольную точку, а затем немедленно обратно на устройство пользователя. Это широко известно как сетевая задержка и измеряется в миллисекундах, мс. )

Сетевая задержка включает в себя четыре основных компонента: задержку обработки, задержку очереди, задержку передачи и задержку распространения. На практике мы в основном рассматриваем задержку передачи и задержку распространения.

Задержка обработки: сетевым устройствам, таким как коммутаторы и маршрутизаторы, требуется определенное время для обработки пакетов после их получения. Сюда входят такие задачи, как декапсуляция, анализ заголовков, извлечение данных, проверка ошибок и выбор маршрута.

Обычно задержка обработки для высокоскоростных маршрутизаторов составляет порядка микросекунд или даже меньше.

Задержка в очереди: Задержка в очереди относится к времени, проведенному пакетами в очереди во время обработки сетевыми устройствами, такими как маршрутизаторы или коммутаторы.

Задержка в очереди для пакета зависит от того, есть ли в очереди другие пакеты, передаваемые в данный момент.

Если очередь пуста и другие пакеты не передаются, задержка в очереди для пакета равна нулю. И наоборот, если имеется интенсивный трафик и множество других пакетов также ожидают передачи, задержка в очереди может быть значительной.

Реальные задержки в очереди обычно находятся в диапазоне от миллисекунд до микросекунд.

Задержка передачи: Задержка передачи — это время, необходимое маршрутизаторам и коммутаторам для отправки данных, то есть время, необходимое очереди маршрутизатора для доставки пакета по сетевому каналу.

Если (L) представляет длину пакета в битах, а (R) представляет скорость передачи данных от маршрутизатора A к маршрутизатору B в битах в секунду (бит/с), то задержка передачи равна L/R.

Фактические задержки передачи обычно находятся в диапазоне от миллисекунд до микросекунд.

Задержка распространения: Задержка распространения — это время, необходимое сообщению для прохождения физического канала между двумя маршрутизаторами.

Задержка распространения равна расстоянию между двумя маршрутизаторами, деленному на скорость распространения канала, обозначаемому как (D/S), где (D) — расстояние между двумя маршрутизаторами, а (S) — скорость распространения связь.

Реальные задержки распространения составляют порядка миллисекунд.

Понимание этих задержек имеет решающее значение для оптимизации производительности сети и обеспечения эффективной передачи данных.

Дрожание

Джиттер в сети означает изменение временной задержки между прибытием пакетов, вызванное перегрузкой сети, отклонением времени или изменениями маршрута. Например, если максимальная задержка при доступе к веб-сайту составляет 10 мс, а минимальная задержка — 5 мс, то дрожание сети составит 5 мс.

Джиттер используется для оценки стабильности сети; чем меньше джиттер, тем стабильнее сеть.

Это особенно важно в онлайн-играх, где для обеспечения хорошего игрового процесса требуется высокая стабильность сети.

Причины дрожания сети. Джиттер сети может возникать при перегрузке сети, что приводит к переменным задержкам в очередях, влияющим на сквозную задержку. Это может привести к колебаниям задержки между маршрутизаторами A и маршрутизаторами B, что приведет к дрожанию сети.

Потеря пакетов

Потеря пакетов происходит, когда один или несколько пакетов данных не могут достичь места назначения по сети. Если принимающая сторона обнаружит недостающие данные, она запросит повторную передачу потерянных пакетов на основе их порядковых номеров.

Потеря пакетов может быть вызвана несколькими факторами, одним из наиболее распространенных из которых является перегрузка сети. Когда трафик данных слишком велик для сетевого оборудования, некоторые пакеты неизбежно могут быть потеряны.

Скорость потери пакетов: Коэффициент потери пакетов — это отношение количества пакетов данных, потерянных во время теста, к общему количеству отправленных пакетов. Например, если отправлено 100 пакетов и один пакет потерян, коэффициент потери пакетов составит 1%.

Укладка: Стекирование относится к практике соединения нескольких коммутаторов, поддерживающих функции стекирования, с помощью стековых кабелей, логически виртуализируя их в одно коммутационное устройство, которое участвует в пересылке данных как единое целое. Стекирование — это широко используемая технология горизонтальной виртуализации, которая предлагает такие преимущества, как повышенная надежность, расширенные номера портов, увеличенная пропускная способность и упрощенная конфигурация сети.

Зачем нужна штабелировка?

Традиционные кампусные сети используют резервирование устройств и каналов для обеспечения высокой надежности, но их использование каналов низкое, а затраты на обслуживание сети высоки. Технология стекирования виртуализирует несколько коммутаторов в один, что упрощает развертывание сети и снижает нагрузку на обслуживание сети. Штабелирование имеет множество преимуществ:

Повышенная надежность: стекирование позволяет нескольким коммутаторам сформировать резервную систему резервирования. Например, если коммутатор A и коммутатор B сложены вместе, они поддерживают друг друга. Если переключатель A выходит из строя, переключатель B может взять на себя управление, чтобы гарантировать, что система продолжает работать нормально. Кроме того, составные системы поддерживают агрегацию каналов между устройствами, что также обеспечивает избыточность каналов.

Схема штабелирования

Расширенные номера портов: Когда количество пользователей превышает плотность портов, которую может обрабатывать один коммутатор, к существующему можно добавить новые коммутаторы, чтобы сформировать многоуровневую систему, тем самым расширяя количество доступных портов.

Схема номеров портов расширения

Увеличенная пропускная способность: Чтобы увеличить пропускную способность восходящего канала коммутатора, можно добавить новые коммутаторы для формирования многоуровневой системы. Несколько физических каналов коммутаторов-членов можно настроить в группу агрегации для увеличения пропускной способности восходящего канала коммутатора.

Увеличенная пропускная способность

Упрощенная конфигурация сети: в многоуровневой сети несколько устройств виртуально настраиваются как одно логическое устройство. Такое упрощение устраняет необходимость в таких протоколах, как MSTP, для разрыва петель, оптимизирует настройку сети и полагается на агрегацию каналов между устройствами для обеспечения быстрого переключения при сбое в случае сбоя одного устройства, тем самым повышая надежность.

Упрощенная конфигурация сети

Укладка на большие расстояния: Пользователи на каждом этаже могут получить доступ к внешней сети через коридорные коммутаторы. Соединяя коридорные коммутаторы, расположенные далеко друг от друга, образуя стек, он эффективно превращает каждое здание в единое устройство доступа, упрощая структуру сети. Каждое здание имеет несколько каналов связи с базовой сетью, что делает сеть более устойчивой и надежной. Настройка нескольких коридорных коммутаторов упрощается до настройки составной системы, что снижает затраты на управление и обслуживание.

Укладка на большие расстояния

Устройства, поддерживающие стекирование

Большинство основных коммутаторов поддерживают стекирование. Например, кампусные коммутаторы Huawei серии S и коммутаторы для центров обработки данных CloudEngine имеют модели, поддерживающие стекирование. Для кампусных коммутаторов серии S стекирование поддерживают только коммутаторы блочного типа; два коммутатора типа шасси вместе образуют кластер. Что касается коммутаторов центров обработки данных CloudEngine, коммутаторы как корпусного, так и блочного типа имеют модели, поддерживающие стекирование, с той разницей, что коммутаторы шасси поддерживают стекирование только двух устройств.

Концепции создания стека

В стековой системе все отдельные коммутаторы называются коммутаторами-членами. В зависимости от выполняемых функций их можно разделить на три роли:

Главный выключатель: Главный коммутатор отвечает за управление всем стеком. В стековой системе имеется только один главный переключатель.

Переключатель режима ожидания: Резервный коммутатор действует как резервный для главного коммутатора. В стековой системе имеется только один резервный коммутатор. В случае сбоя он берет на себя все операции исходного главного переключателя.

Подчиненные переключатели: Подчиненные коммутаторы используются для пересылки бизнес-трафика. В стековой системе может быть несколько подчиненных коммутаторов. Чем больше подчиненных коммутаторов, тем выше пропускная способность стека.

Все коммутаторы-члены, за исключением главного и резервного коммутаторов, являются подчиненными коммутаторами. Подчиненный коммутатор берет на себя роль резервного коммутатора, когда последний недоступен.

ID стека

Идентификатор стека используется для идентификации коммутаторов-членов внутри стека, представляя номер слота коммутатора-члена. Каждый коммутатор-участник имеет уникальный идентификатор стека в системе.

Приоритет стека

Приоритет стека — это атрибут коммутаторов-членов, который в основном используется в процессе выбора роли для определения роли коммутаторов-членов. Чем выше значение приоритета, тем выше вероятность быть выбранным в качестве главного коммутатора.

Процесс создания стека

Процесс создания стека включает в себя следующие четыре этапа:

• В зависимости от требований сети выберите кабели для стекирования и методы подключения. Различные продукты поддерживают разные методы физического подключения. Для кампусных блочных коммутаторов серии S и блочных коммутаторов центров обработки данных CloudEngine поддерживаются топологии цепного и кольцевого подключения. Для коммутаторов шасси центра обработки данных CloudEngine поддерживаются соединения портов SIP и сервисных портов.
• Выберите главный выключатель. После включения всех коммутаторов-членов стековая система начинает выбор главного коммутатора. Каждый коммутатор-участник в стековой системе имеет определенную роль, при этом главный коммутатор управляет всем стеком.
• Назначьте идентификаторы стека и выберите резервный коммутатор. После завершения выбора главного коммутатора он собирает информацию о топологии со всех коммутаторов-членов, вычисляет записи таблицы пересылки стека, распределяет их по всем коммутаторам-членам и назначает идентификаторы стека. Впоследствии происходит выбор резервного коммутатора, который будет служить резервным для главного коммутатора. Коммутатор, который первым завершает запуск устройства, кроме главного коммутатора, имеет приоритет в качестве резервного коммутатора.
• Синхронизируйте версии программного обеспечения и файлы конфигурации. После завершения выбора роли и сбора топологии все коммутаторы-члены автоматически синхронизируют версию программного обеспечения и файл конфигурации главного коммутатора.
• Система стекирования может автоматически загружать системное программное обеспечение. Коммутаторам-членам, образующим стек, не требуется одна и та же версия программного обеспечения; они должны быть только совместимы. Если версия программного обеспечения резервного или подчиненного коммутатора отличается от версии главного коммутатора, резервный или подчиненный коммутатор автоматически загрузит системное программное обеспечение с главного коммутатора, перезапустится с новым системным программным обеспечением и снова присоединится к стеку.
• Система стекирования также имеет механизм синхронизации файлов конфигурации. Главный коммутатор сохраняет файл конфигурации для всего стека и управляет конфигурацией всей системы. Резервные или подчиненные коммутаторы синхронизируют файл конфигурации с главного коммутатора на свой коммутатор и выполняют его. Это гарантирует, что несколько устройств в стеке могут работать как одно устройство в сети, а в случае сбоя главного коммутатора оставшиеся коммутаторы смогут нормально выполнять все функции.

Введение в оптические модули SFP (SFP+)

Оптические модули и коммутаторы незаменимы в обычных сетевых проектах, таких как развертывание корпоративной сети и строительство центров обработки данных. Оптические модули в первую очередь преобразуют электрические сигналы в оптические сигналы, а переключатели облегчают передачу этих оптоэлектронных сигналов. Среди различных доступных оптических модулей модули SFP+ являются одними из наиболее широко используемых сегодня. Различные методы подключения с помощью коммутаторов могут соответствовать различным требованиям сети.

Что такое оптический модуль SFP+?

Оптический модуль SFP+ — это тип оптоволоконного модуля 10G в семействе SFP, независимый от протоколов связи. Обычно подключаемый к коммутаторам, оптоволоконным маршрутизаторам и оптоволоконным сетевым картам, он используется в системах оптоволоконного канала 10 Гбит/с и 8.5 Гбит/с для удовлетворения требований центров обработки данных с более высокой скоростью и облегчения расширения и преобразования сети.

Модули SFP+ предлагают высокую плотность карт и компактный размер, что позволяет взаимодействовать с другими типами модулей 10G. Это обеспечивает центрам обработки данных более высокую плотность установки и экономию средств, что делает их основным подключаемым оптическим модулем на рынке.

Типы оптических модулей SFP+

Как правило, оптические модули SFP+ классифицируются в зависимости от их фактического применения. Общие типы включают модули 10G SFP+, BIDI SFP+, CWDM SFP+ и DWDM SFP+.

Модули 10G SFP+: это стандартные модули SFP+, которые считаются обновленной версией модулей SFP 10G и являются основной конструкцией на рынке.

Модули BIDI SFP+: Используя технологию мультиплексирования с разделением по длине волны, эти модули имеют скорость до 11.1 Гбит/с и низкое энергопотребление. Имея два оптоволоконных порта, они обычно используются парами, что снижает количество используемого волокна и затраты на строительство сети центра обработки данных.

Модули CWDM SFP+: Эти модули, использующие технологию грубого мультиплексирования с разделением по длине волны, часто используются с одномодовыми волокнами, что позволяет экономить ресурсы волокна и обеспечивать гибкость и надежность в работе сети при низком энергопотреблении.

Модули DWDM SFP+: Используя технологию плотного мультиплексирования с разделением по длине волны, эти модули часто используются для передачи данных на большие расстояния, с максимальным расстоянием до 80 км. Они отличаются высокими скоростями, большой емкостью и хорошей масштабируемостью.

Как выполнить сопряжение оптических модулей SFP+ с коммутаторами

К коммутаторам можно подключать различные типы оптических модулей для различных сетевых решений. Ниже приведены несколько практических сценариев применения для сопряжения оптических модулей SFP+ с коммутаторами.

Решение 1. Соединение между оптическими модулями 10G SFP+ и коммутаторами

Вставьте четыре оптических модуля 10G SFP+ в порты SFP+ 10 Гбит/с одного коммутатора, а затем вставьте оптический модуль 40G QSFP+ в порт QSFP+ 40 Гбит/с другого коммутатора. Наконец, соедините их посередине с помощью оптоволоконной перемычки. Этот метод подключения в основном обеспечивает расширение сети с 10G до 40G, что может быстро и удобно удовлетворить потребности центров обработки данных в обновлении сети.

Решение 2. Соединение между оптическими модулями и коммутаторами BIDI SFP+

Вставьте оптические модули в порты SFP+ двух коммутаторов, а затем используйте оптоволоконные перемычки LC, соответствующие портам модулей, для подключения оптических модулей на обоих коммутаторах. Этот метод подключения эффективно обеспечивает самое простое и экономичное соединение для передачи данных, применимое к соединениям Ethernet в центрах обработки данных, корпоративной кабельной системе и передаче данных оператором связи.

Сценарий 3. Соединение между оптическими модулями CWDM SFP+ и коммутаторами

В этом методе подключения используются повторитель, оптоволоконные приемопередатчики и CWDM для подключения оптических модулей к коммутаторам, преобразуя электрические порты RJ45 на коммутаторах 10G Ethernet в длины волн CWDM, необходимые мультиплексорам CWDM.

Сценарий 4. Соединение между оптическими модулями DWDM SFP+ и коммутаторами

Вставьте оптические модули в порты SFP+ коммутаторов, а затем с помощью армированных оптоволоконных перемычек соедините их с DWDM. Этот метод подключения защищает оптические сигналы при передаче на большие расстояния, значительно уменьшая потери оптических волн и подходит для передачи оптических сигналов на большие расстояния.

Меры предосторожности при подключении оптических модулей SFP+ к коммутаторам

1. Убедитесь, что длина волны и расстояние передачи оптических модулей, используемых обоими коммутаторами, одинаковы, а также являются ли они одноволоконными или двухволоконными, одномодовыми или многомодовыми. Если есть несоответствие, используйте соответствующий конвертер.
2. При использовании оптических модулей старайтесь избегать статического электричества и ударов. При возникновении удара продолжать использование модуля не рекомендуется.
3. Обратите внимание на ориентацию установки оптического модуля; тянущее кольцо и этикетка должны быть обращены вверх.
4. Вставляя оптический модуль в коммутатор, плотно надавите на него вниз. Обычно будет небольшая вибрация. После вставки слегка потяните модуль, чтобы проверить, правильно ли он установлен.
5. При разборке оптического модуля сначала потяните кольцо под углом 90 градусов к порту, затем снимите модуль.