Przełącznik modularny czy niezależny?

Najmniej skomplikowane urządzenia to przełączniki zintegrowane ze stałą ilością portów. Przeważnie są to urządzenia zawierające 24 lub 48 portów oraz kilka portów możliwych do modyfikacji z wykorzystaniem modułów SFP. Do niewielkich sieci rozwiązania tego typu są idealne, natomiast warto zwrócić uwagę na niewielką skalowalność. Jeżeli zamierzamy łączyć ze sobą kilka takich przełączników, należy liczyć się z niewielką wydajnością infrastruktury.

Grupa przełączników zintegrowanych z możliwością łączenie w stos charakteryzuje się większym poziomem wydajności infrastruktury, niż przełączniki z pierwszej grupy. Otrzymujemy także wysoką niezawodność, ponieważ każdy przełącznik w stosie może realizować funkcje zarządzania. Dodatkowo zarządzanie często może być zrealizowane w formie, która pozwala zarządzać stosem przełączników z poziomu jednej aplikacji. Trudno jednak mówić w tym przypadku o elastyczności rozwiązania i łatwości aktualizacji.

Zobacz również:

• Apple po 16 latach może zmienić kultowy element iPhone'a

Przełączniki modularne oferują najwyższy poziom elastyczności w doborze konfiguracji. Jeżeli potrzebujemy zmienić typy portów lub ich ilość, wystarczy wymienić karty. W przypadku konieczności zwiększenia mocy obliczeniowej, wystarczy wymienić karty procesora. W jednej skrzynce otrzymujemy redundancję zasilania. Wszystkie karty są połączone wspólną magistralą co zwiększa wydajność rozwiązania. Dodatkowo przełączniki modularne zapewniają znaczny poziom ochrony inwestycji. Problemem rozwiązań modularnych jest wymagana duża ilość miejsca niezbędnego na montaż takiego urządzenia, a także bardzo duże koszty zakupu. Zaletą jest możliwość zarządzania wysoko upakowaną ilością portów przełączników z jednego wspólnego systemu zarządzającego.

Ewolucja prędkości

Prędkości oferowane przez przełączniki są odwzorowaniem zmian zachodzących w ramach rozwoju technologii Ethernet. Prędkość 10 Mb/s dominowała w latach siedemdziesiątych i osiemdziesiątych ubiegłego wieku. W 1993 roku rozwiązania sieciowe zostały zrewolucjonizowane przez technologię 100 Mb/s, a następnie w 1998 roku technologię 1 Gb/s. Kolejno pojawiły się technologie 10 Gb/s w 2002 roku oraz 40/100 Gb/s w latach 2010-2012. Aktualnie rozwijana i testowana jest specyfikacja 400 Gb/s. W planach i innowacyjnych propozycjach jest już jednak miejsce na technologię 1 Tb/s.

Przystępne cenowo rozwiązania przełączników są wyposażone głównie w porty 100 Mb/s i 1 Gb/s. W przełącznikach porty 100/1000 Mb/s to przeważnie rozwiązania elektryczne, oparte o dobrze znane złącze RJ45. W przypadku konieczności zapewnienia odległości długodystansowych przeważanie stosowane są porty światłowodowe w postaci SFP. Coraz większą popularnością cieszą się jednak porty 10 Gb/s oraz 40 Gb/s. Technologia 10Gb/s została zatwierdzona już 10 lat temu. Zaletą tej technologii jest stosunkowo niski koszt, dostępność w różnego typu sprzęcie sieciowym. Istnieje możliwość wykorzystania medium zarówno w postaci światłowodu, jak i kabla miedzianego. Warstwa fizyczna ewoluowała i pierwotnie porty elektryczne miały różną formę, ale aktualnie większość krótkodystansowych rozwiązań elektrycznych 10 Gb/s to znane złącze RJ45. Na rynku istnieje duży dostęp do modułów i kart PCIe pracujących jako 10 Gb/s. Technologia 10 Gb/s stała się podstawą do rozwijania rozwiązań 40/100 Gb/s.

Najbardziej zaawansowane modele przełączników posiadają gęsto upakowane porty 10 Gb/s oraz zazwyczaj kilka portów 40 Gb/s. Przełączniki z najwyższej półki pozwalają osiągać wydajność, która umożliwia przesłanie maksymalnej dostępnej przepustowości na każdym porcie w każdą stronę. Można spodziewać się w niedługim okresie czasu pojawienia się portów 100 Gb/s oraz 400 Gb/s. Technologie 100/400 Gb/s stają się już popularne w rozwiązaniach dla operatorów, więc prawdopodobnie pojawią się także wkrótce jako opcja w najbardziej zaawansowanych przełącznikach.

Alternatywy dla STP (Spanning Tree Protocol)

Protokół STP to podstawowy mechanizm zapobiegania powstawaniu pętli w sieciach warstwy L2. STP zapobiega powstawaniu pętli w sieci poprzez zapewnienie tylko jednej ścieżki pomiędzy połączonymi przełącznikami lub portami. Jeżeli pojawiło się więcej ścieżek - co mogło powodować powstawanie pętli - mechanizm STP odcinał nadmiarowe ścieżki poprzez wyłączenie określonych portów. Powodowało to jednak znaczące opóźnienia w przywróceniu funkcjonalności, a także niską ekonomiczność tego rozwiązania z powodu wielu łącz, które nie były wykorzystane. Poszczególni producenci przełączników udoskonalali protokół STP, głównie pod kątem zmniejszenia czasu potrzebnego na przywrócenie poprawnej pracy sieci.

Jednym ze sposobów na rozwiązanie problemów STP jest proste połączenie sieci z wykorzystaniem jednego, dużego, wielousługowego przełącznika. Takie rozwiązanie będzie jednak poprawne przy założeniu wykorzystania wyłącznie bardzo zaawansowanych urządzeń, które skalują się nawet do kilkuset portów. Jest to jednak rozwiązanie mocno ryzykowne. Jeżeli zawiedzie to jedno urządzenie, nie będzie istniał dostęp do sieci. Większość administratorów woli więc rozbić ten model na wiele przełączników. Istnieje wiele sytuacji, w których konieczne okazuje się wyeliminowanie STP i wprowadzenie możliwości transmisji przez wiele niezależnych ścieżek w ramach warstwy L2. Wiąże się to głównie z wymaganiami nowych technologii – wirtualizacji i chmur. Protokół STP nie spełnia wymagań chmur, skalowalności, a także parametrów czasowych wymaganych przy przywracaniu poprawnej pracy.

Rozwiązaniem braku wykorzystania wszystkich dostępnych połączeń przy zastosowaniu mechanizmu STP, może okazać się agregacja portów. Nowością na tym polu jest rozwiązanie MLAG (Multi-chassis Link Aggregation), bazujące na specyfikacji IEEE 802.3AX-2008. Agregacja łącz LAG (802.3ad) w przełącznikach to technologia, która umożliwia połączenie kilku równoległych łącz w jedno wirtualne łącze. W takim rozwiązaniu mechanizm STP widzi kilka połączeń fizycznych jako jedno połączenie wirtualne. Połączenie wirtualne może być w pełni wykorzystane. LAG umożliwia połączenie przykładowo dwóch przełączników lub serwera i przełącznika. Standardowy LAG wprowadza jednak w sieci pętlę, więc STP nie może funkcjonować na takim łączu. MLAG umożliwia dwóm lub więcej przełącznikom pracować jak jedno urządzenie przy realizacji agregacji łącz. Określony węzeł sieci może być przyłączony do dwóch przełączników w celu zapewnienia fizycznej redundancji, ale będzie posiadał tylko jeden interfejs wirtualny do zarządzania tymi połączeniami. Technologia MLAG nie jest standardem, więc urządzenia różnych producentów mogą nie współpracować ze sobą w ramach tego rozwiązania.

Jeszcze ciekawiej prezentują się technologie TRILL oraz SPB. TRILL wykorzystuje zmodyfikowane techniki trasowania w warstwie L3 w celu stworzenia chmury łącz, które łączą węzły IP w jedną podsieć. Umożliwia to stworzenie dużej grupy połączeń zintegrowanych w warstwie L2. Węzły przemieszczając się w sieci nie muszą zmieniać adresów IP. TRILL wspiera funkcjonalności warstwy L2, przykładowo VLAN, transmisję ruchu multicast/broadcast bez wykorzystania dodatkowych mechanizmów. Dany węzeł przyłączony do chmury TRILL odbiera chmurę jako sieć Ethernet, co wymaga opakowania pakietów nagłówkami TRILL i przesłania ich przez sieć L3. Do transportu TRILL może wykorzystywać różne techniki L3 oraz mechanizmy inżynierii ruchu. TRILL jest kompatybilną technologią z istniejącymi przełącznikami, ale wymaga aktualizacji programowej. Innym sposobem wyeliminowania STP jest mechanizm SPB (Shortest Path Bridging). SPB (Shortest Path Bridging) ma za zadanie zastąpić protokół STP (Spanning Tree Protocol). Podobnie jak TRILL mechanizm SPB rozwiązuje problem wielościeżkowości poprzez wykorzystanie warstwy L3, która umożliwia transmisję ramek Ethernet warstwy L2. Różnica pomiędzy TRILL i SPB polega głównie na sposobie przekazywania ruchu. SPB wybiera najkrótszą ścieżkę bazując na metryce łącza i przypisuje ruch do tak wybranej ścieżki. Co ważne SPB posługuje się przepływami i jest symetryczne. Oznacza to, że ruch o konkretnej charakterystyce będzie przesyłany zawsze określoną ścieżką. TRILL podobnie jak SPB określa najbardziej optymalną ścieżkę. Następnie wykorzystuje drzewa dystrybucji, które są mniej przewidywalne niż SPB.