Опорные сети: Gigabit Ehternet или ATM?

За господство в опорных сетях борются две скоростные технологии. Какая же победит? Первые опыты с Gigabit Ethernet показывают, что эта технология, еще не достигнув пика спортивной формы, уже вполне способна оказать сопротивление ATM. Мощь Gigabit Ethernet будет только расти. И скорее всего, за счет ATM.

Именно к таким выводам приводят результаты сравнительных испытаний, проведенных в лаборатории еженедельника Network World. Тестировались коммутаторы ATM от FORE Systems и Gigabit Ethernet от Foundry Networks; в тестовой конфигурации использовались также сетевые адаптеры Gigabit Ethernet от Packet Engines. Целью испытаний было определение не столько скоростных характеристик, сколько той роли, которую могут сыграть соответствующие технологии в сети предприятия.

Применительно к опорным сетям и ATM, и Gigabit Ethernet имеют свои достоинства и недостатки.

ATM опережает Gigabit Ethernet по большинству показателей, в частности по числу производителей и ассортименту изделий, ценам, использованию различных носителей и расстояниям передачи данных, возможностям поддержки разных типов трафика и уровней обслуживания, а также по совместимости изделий от разных производителей.Зато, по данным наших испытаний, продукты Gigabit Ethernet значительно проще устанавливать, а кроме того, они обычно более совместимы с существующими приложениями, типами трафика и программными интерфейсами. И это не удивительно, ведь технология Gigabit Ethernet обеспечивает все то же самое, что Ethernet, только с намного большей скоростью.

В прочих областях наблюдается менее четкая картина. Например, нет оснований утверждать, что та или иная технология идеально подходит (или может подойти в будущем) для коммутации сетевого уровня или организации виртуальных сетей. Многие считают, что использование технологии ATM, ориентированной на установление логических соединений и поддерживающей динамические коммутируемые виртуальные каналы, предпочтительно с точки зрения IP-коммутации. Однако Gigabit Ethernet, как наследник Ethernet и Fast Ethernet, запросто может обеспечить организацию VLAN, охватывающих все три поколения этой технологии. Видимо, делать выводы пока рановато.

Хотя технология ATM и стала победителем по большинству критериев нашего исследования, скорее всего, ее отрыв от Gigabit Ethernet в ближайшие полгода уменьшится. Вполне возможно, что через год ATM утратит лидерство по целому ряду показателей - например, по ассортименту изделий, цене в расчете на порт и совместимости изделий от разных производителей. Однако Gigabit Ethernet не удастся превзойти ATM по дальности связи и числу поддерживаемых типов носителя. Не стоит надеяться, что Gigabit Ethernet в обозримом будущем сумеет покрывать расстояния свыше нескольких сотен метров или что в сетях на базе этой технологии можно будет применять медный кабель пятой категории.

Тот, кто согласен, чтобы основным видом связи в сети был полнодуплексный Gigabit Ethernet, а основным носителем - многомодовый оптоволоконный кабель, способен хоть сегодня построить сеть с архитектурой клиент-сервер на базе Gigabit Ethernet. Можно даже добиться взаимодействия друг с другом продуктов для Gigabit Ethernet от разных производителей - например, в наших испытаниях были использованы сетевые адаптеры от Packet Engines и коммутатор TurboIron от Foundry Networks.

Наиболее распространенная технология передачи данных в Gigabit Ethernet - по обычному многомодовому оптоволоконному кабелю 62,5/125 мкм в коротковолновой части видимого спектра, чаще всего с использованием светодиодов в качестве источников света - носит название 1000Base-Sx. Рассматриваются и другие способы оптической передачи информации для Gigabit Ethernet, которые позволят увеличить длину канала связи в сети до 500 м. Они подразумевают применение менее распространенных типов оптоволоконного кабеля и источников света - в частности, лазеров.

Однако большинство продуктов для Gigabit Ethernet могут покрывать растояние не более 260 м. Скорее всего, этого хватит для локальных сетей, сосредоточенных в пределах одного здания, но для кампусных сетей маловато.

Нужна ли гигабитная пропускная способность?

Подключив серверы к опорной сети, мы провели ряд тестов серверов Windows NT 4.0. Цель: сравнить работу каналов связи на ATM (155 Мбит/с) и Gigabit Ethernet (1000 Мбит/с). Вывод: крайне маловероятно, чтобы сетевым серверам NT уже сейчас было тесно в "худосочных" полнодуплексных каналах 100Base-T. Только после того, как мы поставили самые мощные машины с Pentium II и начали выполнять сверхскоростные пересылки данных из оперативной памяти в оперативную память, сетевой трафик между сервером и рабочей станцией NT превысил уровень 100 Мбит/с.

Но это сегодня. Если завтра вы захотите установить сервер на базе Pentium II с тактовой частотой 266 МГц, то столкнетесь с необходимостью передавать данные быстрее 100 Мбит/с. Дело в том, что новые 64-разрядные шины PCI, которыми только-только начинают оснащать компьютеры на базе Pentium II, в сочетании с мощными процессорами могут привести к возникновению трафика, интенсивность которого превышает 100 Мбит/с. Наши тесты показали, что 32-разрядные шины PCI большинства серверов на базе Pentium такой производительности не обеспечивают.

Был выполнен целый ряд тестов с передачей данных от серверов к рабочим станциям. В основном мы пользовались бесплатно распространяемой программой T/TCP, которая загружается в оперативную память и генерирует данные, которые затем пересылаются по каналу связи. Никаких обменов с диском или реальных файловых операций не происходит - это сильно замедлило бы работу компьютера.

Кроме того, мы пересылали реальные файлы по протоколу FTP (File Transfer Protocol). Операции также выполнялись в режиме "память-память", без реального обращения к диску. В такой конфигурации мы последовательно тестировали каналы связи опорных сетей ATM, 100Base-T и Gigabit Ethernet.

Пропускной способности канала ATM на 155 Мбит/с переставало хватать лишь тогда, когда мы запускали генератор искусственного трафика T/TCP на самых мощных Pentium-платформах. В такой сюрреалистической конфигурации мы достигли максимального значения скорости пересылки данных (168 Мбит/с) на сетевых адаптерах Gigabit Ethernet от Packet Engines.

Передавая данные по FTP в режиме "память-память", мы смогли создать трафик в 121 Мбит/с на Gigabit Ethernet между серверами и рабочими станциями NT. Строго говоря, такой скорости 100Base-T обеспечить не может, однако не следует забывать, что мы передавали данные из памяти в память, а в реальной жизни работа по FTP предполагает чтение данных с диска и запись на него, что увеличивает общее время передачи. Запустив тот же самый FTP-тест в сети 100Base-T (применялись сетевые адаптеры и коммутатор от 3Com), мы получили производительность всего лишь в 56 Мбит/с, т. е. пропускная способность упала более чем вдвое (по сравнению с Gigabit Ethernet).

Итак, мы выяснили, что в некоторых искусственно созданных ситуациях серверам NT может понадобится большая пропускная способность, чем та, которую обеспечивает полнодуплексная связь на скорости 100 Мбит/с. В большинстве реальных ситуаций маловероятно, чтобы такого канала не хватило для подключения к опорной сети серверов на базе Pentium c 32-разрядной шиной PCI.

Как насчет обратной совместимости?

Одним из преимуществ ATM по сравнению с Gigabit Ethernet является то, что данная технология позволяет использовать пакеты, длина которых превышает изначально заложенный в Ethernet (и, как правило, сохраняемый в Gigabit Ethernet) предел в 1518 байт. Эта величина называется наибольшим передаваемым блоком (maximum transmission unit, MTU). Мы обнаружили: установив значение MTU равным 9000 байт, можно добиться увеличения скорости передачи файлов по ATM на 10-15%.

Данное преимущество, впрочем, теряется, если опорная сеть ATM работает в режиме эмуляции локальной сети и к ней подключен хотя бы один сегмент сети (или даже одно устройство) Ethernet или Fast Ethernet. В этом случае все включенные в эмулированную сеть устройства (в том числе подключенные к ATM напрямую) не могут использовать MTU свыше 1518 байт.

Правда, и Gigabit Ethernet имеет одно принципиальное преимущество перед ATM: объем сетевого трафика, связанного с пересылкой служебной информации протоколов, в Gigabit Ethernet (как и в Ethernet, и в 100Base-T) оказывается значительно меньшим, чем в ATM. Насколько меньшим? По структуре Gigabit Ethernet похож на Ethernet. Накладные расходы в сети Fast Ethernet составляют 8-10%, соответственно, в Gigabit Ethernet должны быть примерно такими же. Мы проверили наш вывод, сравнив размеры файлов, передаваемых по сетям Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet с общим числом бит, пересылаемых при этом по сети.

В ATM уровень накладных расходов может оказаться вдвое более высоким - к ним могут быть отнесены до 15-20% общего числа бит, пересылаемых по сети. Именно это мы и наблюдали при передаче файлов от сервера NT, подключенного к каналу связи под ATM на 155 Мбит/с, к клиентской станции Windows 95, включенной в сегмент сети 100Base-T. В данном случае накладные расходы отчасти были связаны с тем, что при эмуляции сети Ethernet в ATM по стандарту LAN Emulation 1.0 пересылка пакетных данных организуется неэффективно.

Какие же уроки можно извлечь из сравнения технологий ATM и Gigabit Ethernet?

Во-первых, для подключения серверов Windows NT к опорной сети едва ли понадобятся каналы связи с пропускной способностью свыше 100 Мбит/с. Нам удалось сгенерировать трафик интенсивностью более 100 Мбит/с только при пересылке данных по схеме "память-память", использовании компьютеров с процессором Pentium II и тактовой частотой 266 МГц, с 64-разрядными шинами PCI и сетевыми адаптерами Gigabit Ethernet. При этом получилось значение 160 Мбит/с, весьма далекое от предельной пропускной способности Gigabit Ethernet (1000 Мбит/с).

Во-вторых, пропускная способность сети сильно зависит от применяемых на сервере сетевых адаптеров; это утверждение справедливо для всех испытанных нами технологий. ATM порождает большие накладные расходы передачи, чем Fast Ethernet или Gigabit Ethernet. Следовательно, при пересылке одного и того же объема данных через сеть использование ATM приведет к передаче большего числа бит.

А что можно сказать о полосе пропускания, обеспечиваемой различными технологиями при обмене информацией между коммутаторами, а не между сервером и опорной сетью? И можно ли использовать ATM и Gigabit Ethernet в одной сети? Хорошие вопросы. Ждите ответов.

В игру вступает сетевой адаптер

Максимальная производительность сети зависит не только от паспортной скорости передачи данных. На общую пропускную способность влияет, например, и конструкция сетевого адаптера. Во время тестирования технологии ATM мы чаще всего использовали коммутатор ASX-1000 компании FORE System и сетевые адаптеры для шины PCI. Установив адаптеры другого производителя (и больше ничего не меняя), мы немедленно получили снижение пропускной способности на целых 25%.