Ethernet в российских сетях

В этой статье приводятся некоторые результаты опроса и дается их анализ.

В год своего 40-летия технология Ethernet столкнулась с новыми вызовами: мобильность, Большие Данные, виртуализация и облачные вычисления стремительно меняют требования к сетевым инфраструктурам. Компании-производители активно продвигают новые решения, причем многие их них предполагают кардинальный пересмотр основополагающих архитектур построения сетей. В первую очередь в этом контексте следует отметить концепцию программно определяемых сетей (SDN), Ethernet-фабрики, а также виртуализацию сетевых функций. Однако наш опрос не выявил сколь-нибудь заметной заинтересованности заказчиков в перечисленных нововведениях.

Но обо всем по порядку. В ходе исследования были опрошены представители более 120 компаний из разных отраслей экономики: финансовый и страховой сектор, нефтегазовая и энергетическая отрасли, промышленность, транспорт, торговля, государственные организации и пр. Следует сразу подчеркнуть, что если год назад в ходе подобного опроса мы изучали сети центров обработки данных (см. статью автора «Сетевые инфраструктуры ЦОД: текущее состояние и пути развития» в сентябрьском номере «Журнала сетевых решений/LAN» за 2012 год), то на этот раз объектом исследования стали «обычные» корпоративные сети. Современные ЦОД — это сосредоточение самых передовых технологий, поэтому уровень технического оснащения соответствующих сетей по состоянию на прошлый год оказался выше, чем у сегодняшних типовых сетей.

СКОРОСТЬ И ЕЕ СТОИМОСТЬ

Примерно половина опрошенных нами компаний эксплуатируют сети, которые обслуживают от 100 до 1000 конечных устройств. У четверти респондентов сети крупнее — более 1000 конечных устройств, а у оставшейся четверти — совсем небольшие, менее 100 точек. Что касается скорости, ровно 50% опрошенных указали на то, что она не превышает 1 Гбит/с (см. Диаграмму 1). Примерно 30% поднялись в иерархии скоростей Ethernet на ступеньку выше — 10 Гбит/с. Для сравнения, даже год назад почти в половине опрошенных нами ЦОД использовались 10-гигабитные каналы. Это легко объяснимо — потребности в ЦОД значительно выше, чем в обычных корпоративных сетях.

Диаграмма 1. Типичная скорость в корпоративной сети.

Несмотря на то что технические решения 40G и 100G Ethernet уже не один год присутствуют на рынке, уровень их использования в корпоративных сетях остается очень низким — только 3% наших респондентов применяют такие решения (см. Диаграмму 2). И в ближайший год поставщикам таких продуктов не следует рассчитывать на стремительный взлет продаж в этом сегменте, поскольку только 4% компаний имеют планы по внедрению систем 40/100GbE в краткосрочной перспективе. А вот через несколько лет продукты с поддержкой этой технологии могут начать «расходиться», как горячие пирожки, — почти треть компаний намерены приступить к их внедрению. Этому будут способствовать не только неумолимый рост потребности в повышении пропускной способности сетей, но и реализация ряда инициатив по удешевлению решений 40/100GbE в виде коммерческих продуктов — подробнее об этих инициативах можно прочитать в статье автора «Почему 400GbE, а не 1ТbE?», опубликованной в сентябрьском номере журнала за 2013 год.

Диаграмма 2. Перспективы внедрения технологий 40/100GbE.

ПЕТЛИ И ФАБРИКИ

Сегодня на недостаточную скорость Ethernet жалуется только пятая часть (18%) респондентов. Почти вдвое большее число специалистов волнует другая проблема, связанная с использованием классических решений Ethernet, — невозможность эффективно задействовать имеющиеся каналы, поскольку часть их блокируется протоколом STP (см. Диаграмму 3). Чтобы исключить зацикливание трафика, этот протокол «строит» логическую топологию в виде «дерева». В результате «из игры» выключается ряд каналов — например, если физически сеть имеет полносвязную топологию.

Диаграмма 3. Недостатки Ethernet.

К сожалению, это не единственный его недостаток: перестроение логической топологии, скажем из-за аварии в сети, происходит чрезвычайно медленно — время сходимости составляет от 30 до 60 с. Для снижения этого времени был разработан и стандартизирован институтом IEEE (802.1w) протокол STP с ускоренной сходимостью (Rapid STP, RSTP) — на кольцах средних размеров (около 20 коммутаторов) он обеспечивает сходимость за 2–3 с. Но и это время недопустимо велико для поддержки критически важных приложений.

О проблемах STP известно давно, и ведущие игроки сетевой отрасли разработали протоколы для их устранения. Кардинально решить задачу позволяет переход к коммутационным полям нового поколения класса Fabric — их предлагают такие производители, как Cisco, HP, Extreme Networks, Brocade и Juniper (см. статью автора «‘‘Фабрики’’ — ЦОДам» в январском номере «Журнала сетевых решений/LAN» за 2013 год). Однако, как показал наш опрос, только 4% компаний намерены внедрять Ethernet-фабрики. По нашему мнению, это связано как с высокой ценой этих решений, предназначенных главным образом для ЦОД, так и с лежащими в их основе проприетарными (нестандартизованными) технологиями. В этой связи весьма перспективными представляются стандарты Transparent Interconnection of Lots of Links (TRILL) и Shortest Path Bridging (SPB). Они дают надежду на появление решений, которые позволят поддерживать все имеющиеся линии связи в активном состоянии и при этом задействовать в сети оборудование разных производителей.

ВИРТУАЛИЗАЦИЯ В СЕТИ И ВИРТУАЛИЗАЦИЯ СЕТИ

15% опрошенных нами компаний серьезно беспокоят ограничения традиционных сетей Ethernet по поддержке виртуализированных сред. Эту проблему следует разделить на две. Первая — обеспечение коммутации трафика виртуальных машин (ВМ). Для этой задачи были разработаны виртуальные коммутаторы, функциональность которых схожа с обычными коммутаторам Ethernet, но реализованы они программно на уровне гипервизора.

Плюсы виртуальных устройств понятны: локальная коммутация трафика внутри сервера не требует внешнего оборудования и не приводит к увеличению нагрузки на сеть, она отличается невысокой стоимостью реализации и обеспечивает малое значение задержки. Ее минусами являются дополнительная загрузка процессоров сервера (соответственно, невысокая производительность), невозможность применения отработанных приемов управления и средств мониторинга трафика, ну а также размывание границы между серверами и сетью со всеми вытекающими организационными сложностями: кто будет отвечать за виртуальные коммутаторы — серверная команда или сетевые администраторы?

Многие эксперты считают перспективным вынос коммутации трафика ВМ во внешние коммутаторы. Для его реализации были предложены несколько технологий, две основные описаны в документах IEEE 802.1Qbg Edge Virtual Bridging и 802.1BR Bridge Port Extension. Разработка первой из указанных технологий, в основу которой положен механизм Virtual Ethernet Port Aggregator (VEPA), была инициирована компанией HP. Технология 802.1BR была изначально предложена Cisco Systems. При массе достоинств, 802.1Qbg и 802.1BR не свободны от недостатков. Видимо, оптимальным для виртуализированных сред будет решение, использующее как программные, так и физические коммутаторы, причем объединенные в единую коммутационную среду. Подробнее о технологиях коммутации трафика ВМ можно прочитать в статье автора «Сеть и виртуализация. Часть I» в февральском номере журнала за 2013 год.

Вторая проблема связана c виртуализацией самой сетевой инфраструктуры. Это важно, главным образом, для реализации модели IaaS по предоставлению ИТ-инфраструктур как сервиса. Такие инфраструктуры состоят из трех ключевых элементов: сервер, СХД, сеть — и все три должны быть виртуализированы. «Старая добрая» технология VLAN создавалась тогда, когда еще и термина IaaS не существовало, и она не подходит для облачных задач — в силу плохой масштабируемости и других ограничений, которые разобраны в статье «Сеть и виртуализация. Часть II» («Журнал сетевых решений/LAN», № 04, 2013 год). Однако вопросы реализации IaaS занимают прежде всего менеджеров ЦОД, а поскольку в данном проекте мы изучали состояние и развитие не ЦОДовских сетей, постольку и подавляющее большинство опрошенных (83%) указали на то, что их вполне устраивает технология VLAN.

Тем же 14% специалистов, которые испытывают ограничения при использовании VLAN, рекомендуем обратить внимание на новые решения по организации наложенных виртуальных сетей, которые реализуются с использованием таких технологий, как VXLAN, NVGRE или STT. Наш журнал уже подробно разбирал эти технологии, например в уже упомянутой статье «Сеть и виртуализация. Часть II».

ETHERNET И ДРУГИЕ

Несмотря на свой универсальный характер и доминирующее положение в сетях, Ethernet отнюдь не одинока. Так, практически все крупные сети хранения данных строятся на базе Fibre Channel. Такие сети имеют 35% наших респондентов (см. Диаграмму 4). Почти столько же указали, что наряду с сетью Ethernet эксплуатируют специальную сеть для системы видеонаблюдения. Кроме того, немало компаний используют выделенные сети для подключения различных датчиков и контроллеров систем автоматики (15%), а также для соединения аудиовизуального оборудования (AV). Наконец, для формирования высокопроизводительных вычислительных кластеров оптимальной пока остается технология Infiniband.

Диаграмма 4. Ethernet и другие.

Судя по результатам нашего опроса, многие заказчики готовы перевести свои системы АСУТП со специализированных сетей, как правило с шинными технологиями, на универсальные сети Ethernet. Более половины (52%) опрошенных считают, что Ethernet вполне «созрела» для использования в качестве сетевой среды для систем автоматики. К слову, скорости для них нужны небольшие, а большинство современных контроллеров поставляются с портами Ethernet. Кроме того, на рынке широко представлены и различные шлюзы, которые позволяют подключать к сети Ethernet сегменты промышленных сетей, построенные на базе таких традиционных протоколов, как Modbus. Подробнее о решениях Industrial Ethernet можно прочитать в статье Сергея Орлова «Ethernet и промышленные сети» («Журнал сетевых решений/LAN», № 09, 2013 год).

А вот относительно возможности перевода на Ethernet сети хранения данных наши респонденты высказались с осторожностью. Только 8% из них намерены осуществить конвергенцию ЛВС и SAN с использованием технологий FCoE. Как уже отмечал «Журнал сетевых решений/LAN» (см. статью автора «Конвергенция в сетях… и в умах» в сентябрьском номере за 2013 год), несмотря на наличие на рынке достаточно зрелых решений FCoE, в ближайшие годы соответствующие конвергентные решения будут внедряться преимущественно на уровне доступа, то есть для подключения серверов с конвергентными адаптерами. Собственно же сети хранения, особенно крупные, как строились, так и будут строиться на базе протокола Fibre Channel. И связано это не столько с техническими моментами, сколько с неготовностью компаний брать на себя повышенные риски, «складывая все яйца в одну корзину», а также с организационными барьерами между командами, эксплуатирующими ЛВС и сети SAN.

А каковы перспективы перевода в сеть Ethernet трафика профессионального аудиовизуального оборудования (AV)? Естественно, в данном случае речь идет не о передаче голоса в системах телефонии или видео в системах видео-конференц-связи (соответствующие информационные потоки уже давно транспортируются по Ethernet), а о передаче в реальном времени несжатого видео и аудио для профессионального вещания. Для этих целей обычно используется отдельная инфраструктура, которая включает в себя дорогостоящие коаксиальные кабели (или не менее дорогие витопарные кабели с двойным экранированием и отдельными проводниками для питания и сигналов управления), видеокоммутаторы/маршрутизаторы со специальными интерфейсами (например, SDI или HDSDI) и т. д.

Почему до недавнего времени Ethernet не мог использоваться для профессионального вещания видео? Во-первых, в традиционной сети Ethernet отсутствуют инструменты резервирования пропускной способности на пути прохождения трафика. Во-вторых, нет единой системы тайминга, чтобы каждое приемное устройство могло восстановить синхронизацию между различными сигналами. Сегодня эти недостатки можно преодолеть с помощью нового набора стандартов IEEE 802.1 Audio Video Bridging (AVB). Соответственно, благодаря AVB, сети Ethernet можно использовать для передачи аудио- и видеосигналов в режиме реального времени, что позволяет существенно снизить как стоимость развертывания соответствующих систем, так и расходы на их эксплуатацию.

К сожалению, треть ИТ-профессионалов вообще не знают, что такое AVB. Еще 53% проявляют к ней лишь теоретический интерес, а 7% она абсолютно неинтересна (см. Диаграмму 5). Число компаний, применяющих AVB, оказалось столь невелико, что мы решили назвать всех их поименно: Свердловская филармония, ГК «Шереметьево-2», «Международная нефтяная компания», ООО «Натуральная энергия» и Sinergos Group. Надеюсь, опыт пионеров позволит выявить возможные подводные камни внедрения этой технологии, чтобы последователи не напоролись на них в будущем. Мы, в свою очередь, постараемся представить этот опыт на страницах журнала или на одном из наших форумов.

Диаграмма 5. Отношение к AVB.

Если столь высокий, на наш взгляд, процент ИТ-специалистов, не знающих о технологии AVB, еще как-то объясним — например, «Журнал сетевых решений/LAN» опубликовал только одну статью на эту тему («А и В теперь по СКС», январский номер за 2011 год), — то аналогичный процент не слышавших об SDN нас откровенно удивил. За последний год о программно определяемых сетях (так обычно переводят на русский язык термин Software-Defined Networking) написано и сказано очень много — возможно, даже слишком много. Тем не менее 30% наших респондентов не знают, что это такое (см. Диаграмму 6). Этим ИТ-специалистам можно порекомендовать прочитать декабрьский номер нашего журнала за 2012 год, в котором мы постарались досконально разобраться в том, что же такое SDN, кому и зачем они нужны.

Диаграмма 6. Отношение к SDN.

Примерно каждый десятый рассматривает возможность внедрения SDN, но при этом ряд респондентов, выбравших такой ответ, указали на то, что технология еще «сырая» и будет готова к использованию только через два-три года. Большинство тех, кто внес SDN в свои планы, рассчитывает, что эта технология позволит улучшить управление сетями. Кроме того, ИТ-специалисты надеются, что развитие SDN приведет к снижению стоимости коммутаторов и позволит дешевле внедрить новые функции. Если в части улучшения управления и повышения доступности продвинутых функций технология SDN действительно должна помочь, то вот на стоимости коммутаторов распространение SDN вряд ли скажется.

Пожалуй, главный вывод, который можно сделать по результатам опроса, состоит в том, что большая доля ИТ-специалистов слабо знакома с новыми технологиями. Видимо, в этом есть и наша недоработка. Надеемся, что просветительская работа журнала, в том числе в рамках Ethernet-форума, форумов «Бизнес-Видео» и «МИР ЦОД», поможет большему числу компаний узнать о новинках, а главное — о том, что они могут дать для более успешного решения текущих задач и будущего развития ИТ в интересах бизнеса.

Александр Барсков — ведущий редактор «Журнала сетевых решений/LAN». С ним можно связаться по адресу: ab@lanmag.ru.