Когда 10 Гбит/с много, а 1 Гбит/с мало

Если на рынке коммутаторов Ethernet и происходит что-то интересное, то это касается преимущественно (или исключительно) решений для центров обработки данных. Переход на более высокие скорости, изменения в архитектуре сети, программируемые сети и коммутаторы без ОС — все эти технологические и технические новшества оказываются востребованы прежде всего в ЦОДе, а до офисных сетей порой и вовсе не добираются. Тем не менее с появлением беспроводных точек доступа 802.11ac возникла необходимость в поддержке скоростей свыше 1 Гбит/с в обычных офисных сетях, а с ней — и потребность в новых, специфичных только для этой ниши скоростях 2,5 и 5 Гбит/с.

10G В ОФИСЕ: И ДАРОМ НЕ НАДО?

Если в облачных центрах обработки данных наряду с 10 Gibabit Ethernet главным драйвером роста спроса на коммутаторы становится потребность в поддержке 40 Gigabit Ethernet, то в корпоративных сетях по-прежнему основное количество подключений приходится на гигабитные соединения (см. рис. 1). Что говорить об обычных офисах, если даже в корпоративных ЦОДах, по данным Broadcom, доля гигабитных портов в серверах и коммутаторах в стойках (ToR) составляет 60%, несмотря на то что оборудование 10GbE доступно на рынке уже 10 лет. В чем же причина?

Рис. 1. Основную долю портов в коммутаторах для офисных сетей составляют порты Gigabit Ethernet

Если исходить из соотношения цена/производительность, то оборудование 10 Gigabit Ethernet окажется дешевле — условный 1 Гбит/с пропускной способности обойдется в меньшую сумму. Однако если уж в серверах большинство портов гигабитные, то для рабочих станций, а тем более для ПК, столь высокие скорости, как 10 Гбит/с, попросту не нужны. Для многих конечных точек вполне достаточно 100 Мбит/с, и тем не менее они оснащаются платами на 1 Гбит/с. В немалой степени массовому переходу на Gigabit Ethernet способствовал тот факт, что для поддержки таких скоростей не надо было менять уже проложенную проводку — а это не только весьма значительная статья расходов, но и определенные неудобства.

Коммутаторы с портами 10GBase-T для сегмента малых и средних предприятий имеются у целого ряда производителей. Так, например, Netgear предлагает соответствующее оборудование еще с 2013 года, но позиционирует его в первую очередь для подключения серверов и сетевых систем хранения (NAS), а не рабочих станций и персональных компьютеров. «В нашей продуктовой линейке уже сейчас много продуктов с поддержкой скорости передачи данных выше 1 Гбит/с, — отмечает Яков Юницкий, директор по операциям в компании «Тайле». — Их основное предназначение — создание решений для магистральных каналов Ethernet, подключения систем хранения данных и высокопроизводительных серверов».

Между тем именно поддержка той или иной технологии в конечных устройствах способна обеспечить массовость рынка. Однако пока таких задач, где оказались бы востребованы скорости 10 Гбит/с на уровне пользователя, не просматривается. «Предпосылками к массовому переходу офисных сетей на такие скорости должны прежде всего стать приложения с высокими требованиями к пропускной способности, — продолжает Яков Юницкий. — Несмотря на то что многие компании давно перешли на IP-телефонию, используют оборудование для видеоконференций и IP-видеонаблюдения, до потолка производительности сетей 1 Гбит/с, а местами и 100 Mбит/c, еще далеко».

Как показал наш небольшой опрос, проведенный среди производителей и поставщиков оборудования, в сегменте SMB массового спроса на решения 10GbE не наблюдается и, более того, не ожидается. «Маловероятно, что в ближайшие пару лет произойдет повсеместный перевод офисных сетей на скорости доступа выше 1 Гбит/с», — полагает Андрей Ковязин, начальник отдела сетевых решений в «Компании КОМПЛИТ». Однако наличие подобного оборудования в линейке таких производителей, как D-Link (см. рис. 2), Netgear, ZyXEL и др., свидетельствует о том, что спрос на него есть — во всяком случае потенциальная ниша достаточно широ-ка, чтобы привлечь внимание этих вендоров.

Рис. 2. Для использования на уровне ядра сетей малых и средних предприятий компания D-Link предлагает новую серию настраиваемых коммутаторов DXS-1210 с портами 10G

«Мы ожидаем, что в 2015–2016 годах рост продаж сетевого оборудования с оптическими и медными портами 10G офисному сегменту и предприятиям малого и среднего бизнеса будет многократным, в том числе за счет появления в продуктовой линейке новых бюджетных серий», — отмечает Денис Давыдов, руководитель отдела проектов D-Link. В компании уверены, что дальнейшее увеличение объемов информации приведет к проникновению технологий 10G в сети любых размеров, в том числе принадлежащие предприятиям SMB, где активно внедряются решения и системы хранения данных и виртуализации, а также облачные технологии.

Согласно оценке Broadcom, в ближайшие три года можно ожидать широкого внедрения серверов и коммутаторов с поддержкой 10GbE в корпоративных сетях, и в результате к 2018 году доля соответствующего оборудования увеличится с нынешних 35 до 63% (см. рис. 3).

Рис. 3. Только 35% серверов в корпоративных ЦОДах пока имеют порты 10GbE, к 2018 году они будут составлять большинство — их доля должна вырасти до 63%

10G МНОГО, 1G МАЛО

Дорогостоящие проводка, соединители и микросхемы ограничивают применение 10GbE приложениями с высокими требованиями к ресурсам — такими, например, как мощные виртуализированные серверы с множеством ВМ. Однако в офисных сетях есть задачи, где скорости 1 Гбит/с оказывается уже недостаточно, а 10 Гбит/с пока слишком много. Это подключение к проводной сети беспроводных точек доступа стандарта 802.11ас Wave 2.

Если собственные серверы виртуализации нужны далеко не каждому малому предприятию, к тому же соответствующие ресурсы можно взять из облака, то отсутствие беспроводного доступа для клиентов способно негативно повлиять на конкурентоспособность предприятия из сферы обслуживания, да и точка доступа должна физически находиться в офисе. Как показал опрос Bredin представителей малого бизнеса (число сотрудников от 1 до 10 человек), посетители предпочитают бесплатный Wi-Fi чаю и кофе с конфетами. В отчете отмечается, что если Wi-Fi плохого качества или отсутствует, то восприятие клиентом компании становится отрицательным. Для удовлетворения таких потребностей обычно вполне достаточно точки доступа 802.11n или даже более ранних стандартов, однако более крупным предприятиям и помещениям, где посетителей всегда много, возможностей 802.11n не всегда хватает. Кроме того, для поддержки следующего беспроводного стандарта IEEE 802.3ad в диапазоне 60 ГГц потребуется подключение со скоростью 5 Гбит/с (для TCP).

Появившиеся на рынке ТД 802.11ac Wave 2 пока поддерживают не более четырех пространственных потоков, поэтому для их подключения вполне достаточно двух линий по 1 Гбит/с. Так, например, точка доступа ZoneFlex R710 Wave 2 AP разработки Ruckus Wireless оснащена двумя гигабитными портами, то есть с переходом на более скоростные подключения можно повременить. Однако с появлением ТД, способных поддерживать восемь пространственных потоков, 2х1 Гбит/с может оказаться недостаточно. Для таких ТД потребуется либо подводить дополнительные кабели, либо переходить на 10GbE и, соответственно, на проводку Категории 6А. Чтобы этого избежать, IEEE спешно разрабатывает стандарты Ethernet на 2,5 и 5 Гбит/с. «Их преимущество проявляется в работе по широко распространенным существующим СКС Категорий 5e и 6 на скорости до 5 Гбит/с, что избавляет от необходимости полностью переделывать кабельную систему для беспроводного доступа нового поколения» — отмечает Андрей Ковязин.

Разработкой соответствующих технологий и оборудования занимаются два альянса: NBase-T и MGBase-T (см. подробнее статью автора «Замедление Ethernet» в февральском номере «Журнала сетевых решений/LAN» за 2015 год). Потенциально наличие двух конкурирующих сторон могло затормозить принятие стандарта, как это случилось с 802.11n, на одобрение которого ушло семь лет. Однако, к счастью, на последнем заседании рабочей группы IEEE, собиравшейся в мае текущего года, удалось достигнуть общего согласия по базовой технологии для Ethernet на 2,5 и 5 Гбит/с. Как отметил Дэвид Чалупски, председатель рабочей группы IEEE P802.3bz, «достижение консенсуса позволило немедленно перейти к следующей фазе проекта — составлению чернового варианта спецификации».

Рис. 4. Пока беспроводные точки с поддержкой 802.11ac Wave 2 оснащаются двумя стандартными портами Gigabit Ethernet. На фото — Cisco Aironet 1850 Access Point

Таким образом, было сэкономлено несколько месяцев. Однако работа над стандартом далека от завершения — его подготовка займет еще полтора-два года. К тому времени должно получить широкое распространение беспроводное оборудование 802.11ac Wave 2. Как предполагается, скорость 2,5 Гбит/с будет поддерживаться кабельной проводкой Категории 5е, а 5 Гбит/с — Категории 6. Между тем на рынке уже появляются коммутаторы с поддержкой мультигигабитных скоростей. В первом полугодии этого года соответствующие модули для своих коммутаторов выпустили HP и Cisco. Впрочем, та же Cisco свои точки доступа пока предпочитает оснащать не мультигигабитными портами, а двумя обычными Gigabit Ethernet (см. рис. 4).

Как надеются аналитики, появление новых скоростей Ethernet послужит толчком к модернизации офисных сетей. «Для кампусных коммутаторов настало время модернизации, — считают в Dell’Oro. — Доступность точек доступа 802.11ac Wave 2 корпоративного класса порождает спрос на коммутаторы нового типа». Многогигабитные коммутаторы стоят дороже, чем традиционные с портами 1 Гбит/с, однако они позволяют использовать уже проложенную проводку, что является существенным аргументом в их пользу. «Первые поставки портов 2.5/5.0 GbE стартовали в начале июня, — сообщает Крис Де Пьюи, вице-президент Dell’Oro Group по выпуску оборудования для корпоративного сегмента. — В третьем квартале, с появлением новых предложений, мы ожидаем значительного роста продаж. Уже сейчас можно говорить о формировании совершенно нового сегмента рынка Ethernet». По прогнозам Dell’Oro, уже за первый год будет продано свыше миллиона мультигигабитных портов.

КАКАЯ ПРОВОДКА НУЖНА?

Какой должна быть кабельная инфраструктура для поддержки беспроводного доступа? Требования к такой проводке изложены в TIA TSB-162, где рекомендуется инсталляция кабельной системы Категории 6А или многомодовой оптики с волокнами OM3 (см. подробнее статью Степана Большакова и Романа Китаева «Инфраструктурное обеспечение беспроводных решений нового поколения» в апрельском номере «Журнала сетевых решений/LAN» за 2015 год). Однако эти рекомендации составлялись, когда 2,5- и 5-гигабитного Ethernet не было даже в проекте. Впрочем, для новых инсталляций они остаются справедливы и сейчас, позволяя не беспокоиться о необходимости модернизации долгие годы: те, кто 20 лет назад не поскупился на установку только что появившихся систем Категории 5е, могут по-прежнему пользоваться своей проводкой, если только не исчерпался ее физический ресурс. До морального же устаревания пока далеко, к тому же теперь такая проводка способна поддерживать не только гигабитные, но и 2,5-гигабитные скорости.

Ожидаемое появление стандарта на 2,5 и 5 Гбит/с дало долгожданное приложение для кабельных систем Категории 6: если раньше, по сути, единственным аргументом в пользу ее установки был запас по характеристикам, то теперь он наконец-то пригодился — таким приложением может стать 5GBase-T. «О возросших требованиях рынка к поддерживаемым скоростям и пропускной способности мы, как поставщик кабельных решений, можем судить на основании увеличенного спроса на компоненты и системы СКС различных категорий, — говорит Дарюш Заенц, директор представительства RiT Technologies в России. — Объемы продаж компонентов Категории 6 значительно увеличились по сравнению с продажами компонентов Категории 5е».

Рис. 5. Доля кабелей различных категорий на уровне горизонтальной подсистемы

Ответить на вопрос о выборе проводки достаточно непросто. Усилия IEEE направлены на то, чтобы подключение высокоскоростных точек доступа осуществлялось на базе уже проложенной проводки. Однако до сих пор неясно, будет ли обеспечена поддержка 5 Гбит/с по Категории 5е (а на нее все еще приходится большинство инсталлированных кабельных систем — см. рис. 5). Судя по последней информации из IEEE, рабочая группа все же решила ограничиться 2,5 Гбит/с. Вместе с тем Cisco, например, заявляет о поддержке 5 Гбит/с по проводке Категории 5е на расстоянии до 100 м.

Скорости 2,5 Гбит/с в принципе достаточно для подключения уже появившихся на рынке продуктов 802.11ac Wave 2 с поддержкой до четырех пространственных потоков. Если же заказчик хочет в перспективе использовать точки доступа с поддержкой восьми пространственных потоков, то ему придется либо переходить на Категорию 6 (если у него установлена Категория 5е), либо надеяться на нестандартное оборудование (в случае отсутствия спецификаций на 5Base-T для Категории 5е). (Строго говоря, не исключается и третий вариант — объединение двух соединений по 2,5 Гбит/с, при условии поддержки этой возможности оборудованием.)

Пропускной способности 5 Гбит/с, то есть Категории 6 в худшем случае, будет вполне достаточно для любого оборудования 802.11ac. Теоретическая максимальная пропускная способность для этого стандарта составляет 6,9 Гбит/с, но речь идет о скорости передачи битов на физическом уровне. Пропускная же способность на MAC-уровне существенно меньше — 4,49 Гбит/с (см. таблицу). Эффективность проводного Ethernet намного лучше, чем беспроводного, — например, для 10GbE при передаче кадров размером 1518 она составляет приблизительно 94% (для пользовательских данных). Иначе говоря, беспроводной поток 6,9 Гбит/с поместится в проводной канал 5 Гбит/с.

Сравнение различных модификаций беспроводных стандартов (источник: Cisco)

Однако технологии 2,5- и 5 Гбит/с представляют собой по сути промежуточное решение — не случайно производители так торопятся с принятием стандарта. Тем временем в разработке находятся еще более скоростные беспроводные системы. Так что при планировании с длительным горизонтом имеет смысл следовать «старым» рекомендациям TIA TSB-162 о предпочтительном использовании Категории 6А для подключения точек доступа. «Продажи 6А начинают догонять Категорию 6. Все больше запросов на реализацию проектов целиком и полностью на базе 6А, — отмечает Дарюш Заенц. — Иными словами, появляется спрос на 10 Гбит/с до рабочего стола, тогда как в прошлом системы Категории 6А устанавливались только в центрах обработки данных и компьютерных комнатах. Это значит, что производительность установленных в сети устройств растет и им требуется СКС со все большей пропускной способностью».

Конечно, по уровню инноваций — тем же скоростям передачи данных — офисным сетям не угнаться за центрами обработки данных, но и здесь развитие не стоит на месте.

Дмитрий Ганьжа — главный редактор «Журнала сетевых решений/LAN». С ним можно связаться по адресу: diga@lanmag.ru.