Pytania: które przełączniki LAN są najwydajniejsze, które najszybciej przełączają pakiety, w których za port trzeba zapłacić najwięcej, a które są najtańsze, mogą wywoływać spore emocje. Problem w tym, że nie tak łatwo o jednoznaczne odpowiedzi. Wszystko zależy od tego, jak zdefiniujemy "najwydajniejszy", "najszybszy" i "najdroższy".

Dochodzą do tego i inne kwestie. Dostawcy sprzętu Ethernet, tacy jak 3Com, Force10, Cisco, Extreme, Foundry i HP ProCurve, stale dowodzą, że ich sprzęt oferuje największą wydajność, największą gęstość portów, cechuje się najmniejszym opóźnieniem. Trzeba jednak pamiętać, że to, co w tej chwili oferują ci producenci, to rozwiązania, które mają już średnio trzy lata. Tymczasem w tej branży pojawiła się grupa nowicjuszy, głodnych sukcesów na rynku, takich jak Raptor Networks czy Woven Systems. Mają oni nowe pomysły na to, jak budować "największy" przełącznik ethernetowy. Ich podejście to odejście od pojedynczej dużej skrzyni, bardziej przypominające superkomputer oparty na klastrze wielu maszyn, albo topologie InfiniBand.

Co decyduje o wydajności?

Szybkość Ethernetu ogranicza dziś standard 802.3ae - 10 Gb/s - więc można założyć, że żaden port nie będzie szybszy. Metodę określenia możliwości przełącznika trzeba oprzeć na przepustowości motoru przełączającego (czyli switch fabric albo backplane) i gęstości portów w jednym chassis switcha modularnego bądź urządzenia o stałej konfiguracji. Wydajność można zmierzyć, obserwując, ile portów przełącznika obsługuje ruch z szybkością łącza, zanim zacznie się gubienie pakietów. Kolejnymi parametrami są opóźnienie, czyli jak długo przełącznik przetwarza pakiet, a także jitter, czyli zmiana wielkości opóźnienia (fluktuacje). To właśnie te wartości decydują o wydajności urządzenia.

Zmierzenie wydajności superprzełączników nie jest jednak prostą sprawą. Mówi o tym Kevin Tolly, prezes znanej firmy testującej sprzęt sieciowy The Tolly Group - "Wydajne przełączniki o dużej gęstości portów są dostarczane w postaci jednej obudowy wypełnionej wieloma modułami z portami. Ruch przechodzi z portów w jednym module do portu (lub portów) w innym module przez motor przełączający przełącznika. Ten proces jest niewidoczny nie tylko dla użytkownika, ale także dla urządzeń testujących, takich jak Spirent czy Ixia. Branżowe pomiary wydajności skupiają się więc na ruchu, który wchodzi i wychodzi z portów przełącznika. Jakiekolwiek pomiary przepustowości backplane muszą być ekstrapolowane z tych wyników i najczęściej wymagają pogłębionej wiedzy o mechanizmie przełączania w chassis switcha".

Pierwsza piątka

Mamy więc problemy z przetestowaniem największych przełączników. Brak jest też w tej branży czegoś, co byłoby odpowiednikiem np. listy TOP500, która co pół roku podaje kolejność w rankingu 500 najpotężniejszych superkomputerów na świecie. Dlatego ustalenie czołówki musi się w dużej mierze oprzeć na specyfikacjach urządzeń dostarczanych przez producentów.

Wynika z nich, że do największych szkieletowych przełączników klasy enterprise należą E1200 firmy Force10, urządzenia serii RX z Foundry, Cisco Catalyst 6500, BlackDiamond z Extreme i HP ProCurve Routing Switch 9408sl.

Zagłębiając się w szczegóły specyfikacji technicznych, można wyczytać, że największą przepustowość ma przełącznik Foundry RX-16, który w chassis o wysokości 14U potrafi obsłużyć 64 porty 10G Ethernet z pełną prędkością łącza i do 192 portów 10G w trybie oversubscribed, czyli przeciążenia (kiedy suma przepustowości wszystkich portów przekracza wydajność przełącznika). Przepustowość motoru przełączającego RX-16 to 1,54 Tb/s (terabitów na sekundę).

Drugi w kolejności przełącznik E1200 TeraScale firmy Force10 może obsłużyć 56 portów 10G albo aż do 224 portów 10G w trybie oversubscribed. W konfiguracji z 672 portami Gigabit Ethernet przełącznik ten wykazał w teście Tolly Group łączną przepustowość 1,34 Tb/s. Producent twierdzi jednak, że motor przełącznika jest zdolny obsłużyć ruch nawet do 5 Tb/s.

Chassis przełącznika BlackDiamond 10808 firmy Extreme może obsłużyć 48 portów 10G bez blokowania (non-blocking). Według producenta całkowita przepustowość motoru przełączającego wynosi 1,28 Tb/s, a opóźnienie w przekazywaniu pakietów 64-bajtowych to 9 mikrosekund.

HP ProCurve Routing Switch 9408sl obsługuje 32 połączenia 10G Ethernet. Dane HP mówią o całkowitej przepustowości 1,28 Tb/s.

Cisco Catalyst 6513 także oferuje 32 połączenia 10G Ethernet. Za przełączanie pakietów w całym chassis odpowiada moduł Supervisor 720 o przepustowości 720 Gb/s. Ta wartość sporo odstaje od ponadterabitowych motorów przełączających konkurencyjnych przełączników. Cisco broni się jednak twierdząc, że osiągi konkurencji to "matematyka marketingowa", polegająca na dodawaniu do całkowitej przepustowości redundantnych motorów przełączających lub dodatkowych kart switch fabric. Rok temu pojawiły się informacje o bliskich planach wprowadzenia nowego modułu Supervisor 1440, podwajającego wydajność Catalysta z serii 6500, jednak Cisco zaprzeczyło tym pogłoskom.

Nawet jeśli Catalyst 6500 odstaje wydajnością od innych najszybszych przełączników, to do niego należy rekord największych przychodów ze sprzedaży jednego produktu w dziejach branży sieciowej. Według informacji producenta w połowie 2006 r. przekroczyły one oszałamiającą liczbę 20 mld USD! W ciągu sześciu lat oferowania tego superprzełącznika dostarczono do klientów ponad 300 tys. jednostek.

Przełączanie bez zwłoki

Nie mniej ważne od tego, jak producent rozwiązuje sprawy pełnej przepustowości przełącznika i pasma dostępnego w pojedynczym gnieździe urządzenia, jest to, jak jego produkt radzi sobie z opóźnieniami w przekazywaniu pakietów i na ile te opóźnienia zmieniają się w funkcji czasu. Te parametry są szczególnie ważne w przypadku aplikacji obsługujących strumienie danych wideo i VoIP.

David Newman z laboratorium testowego tygodnika Network World (IDG) szczególnie chwali pod tym względem Cisco. W jego teście najlepszy wynik osiągnął przełącznik Cisco Catalyst 4948, wykazując ok. 3-mikrosekundowe opóźnienie przy szybkościach Ethernetu 10G. Przełącznik Force10 uzyskał małe opóźnienie, ale dwucyfrowe.

Jednak najnowsza oferta Force10 - urządzenia serii S, nie testowane jeszcze przez zespół Newmana, mają wg producenta cechować się rewelacyjnym wynikiem w kategorii opóźnienia - 200-300 nanosekund! (potwierdzają to sponsorowane przez Force10 testy przeprowadzone przez The Tolly Group). Zdaniem producenta Force10 opóźnienia rzędu 300 ns stawiają przełącznik S2410 i 10 Gigabit Ethernet w jednym rzędzie z technologiami komunikacyjnymi wykorzystywanymi w architekturze klastrów, takimi jak InfiniBand i rozwiązania firmowe.

Superprzełącznik jako system rozproszony

Największy z superprzełączników - Foundry RX-16 - oferuje 64 porty 10G. To dużo, jednak np. wielkie centra danych potrzebują ich więcej. Nie da się też ukryć, że "wielkie skrzynie" są bardzo drogie. Rozwiązaniem oferującym dużą liczbę portów 10G za mniejsze pieniądze mogą być klastry mniejszych przełączników tworzące pojedynczy, wirtualny motor przełączający. Taką koncepcję wcielają w życie różni producenci, a wśród nich początkujące w branży firmy Woven Systems i Raptor Networks.

Ta pierwsza pracuje nad stworzeniem przełączników 10G Ethernet warstwy 2 dla centrów danych, które wykorzystywałyby specjalny algorytm pozwalający emulować w pewnym sensie sieci InfiniBand lub Fibre Channel. Między przełącznikami tworzyłoby się wiele ścieżek, na których pasmo byłoby alokowane dynamicznie. Ścieżki te nie byłyby blokowane, jak dzieje się w wykorzystujących protokół spanning tree sieciach ethernetowych.

Raptor Networks, bardziej niż do centrów danych, swoją ofertę kieruje do chcących budować szkielet dużej sieci LAN i warstwę agregacji ruchu. Oferuje przełączniki Gigabit i 10G Ethernet o stałej konfiguracji, które łączy się w jeden rozproszony (w topologii mesh) przełącznik.

Przełączniki Raptora zapewniają 24 portów gigabitowych, 6 portów 10G Ethernet i całkowitą przepustowość 160 Gb/s. Urządzenia wysokości 1U obsługują przełączanie w warstwach 2-4 i wykorzystują firmową odmianę Ethernetu 10G, która pozwala łączyć je w topologii kraty bez użycia protokołu spanning tree. Zamiast spanning tree w rozproszonym systemie działa protokół Raptor Adaptive Switch Technology (RAST), pozwalający łączyć przełączniki ze sobą, podobnie jak łączone moduły z motorem przełączającym w chassis jednego switcha. Producent twierdzi, że jego wewnętrzne testy wykazały po ośmiokrotnym przepuszczeniu pakietów przez port Ethernet 10G w systemie z czterech przełączników opóźnienie 6,48 mikrosekundy. Rozwiązanie Raptora wyróżnia się też odległością, jaka może dzielić pojedyncze urządzenia w wirtualnym przełączniku - do 80 km przy użyciu światłowodu jednomodowego.