Руководство по 10 Gigabit Ethernet: пора ли переходить на 10 GbE?

10 Gigabit Ethernet, также известен как 10GbE, представляет собой телекоммуникационную технологию, обеспечивающую скорость передачи данных до 10 миллиардов бит в секунду, что в 10 раз быстрее, чем традиционный стандарт Gigabit Ethernet. С такой скоростью можно эффективно работать с любым сетевым оборудованием. И это также причина, по которой многие предприятия и дома переходят на 10GbE.

Gigabit Ethernet vs 10G Ethernet

10 GbE похож на традиционный Ethernet и отличается от него.

Например, 10 GbE, как и традиционный Ethernet, представляет собой протокол уровня 1 (физический уровень) и уровня 2 (уровень канала передачи данных), который придерживается ключевых атрибутов существующих протоколов Ethernet, включая следующие:

• Протокол управления доступом к среде
• Формат кадра Ethernet
• минимальный и максимальный размер кадра

Хотя 10GbE имеет некоторое сходство с традиционным Gigabit Ethernet, он предлагает более эффективный и менее затратный подход к перемещению данных по магистральным соединениям между сетями, поскольку он использует преимущества полнодуплексного протокола, в котором данные отправляются в обоих направлениях одновременно с использованием сетевого коммутатора для связи устройств.

Иными словами, полудуплексные операции не существуют в 10 GbE, поскольку он определяет только полнодуплексные соединения «точка-точка». Это также устраняет необходимость в повторителях-концентраторах для подключения нескольких устройств Ethernet, а также для разделения портов и обнаружения коллизий.

10 GbE работает с оптоволоконным кабелем (802.ae), но также совместим с медными кабелями с витой парой (802.3ak). Кроме того, формат кадра данных в 10 GbE остается таким же, как и в других версиях Ethernet. Это означает, что технология 10 Gbe полностью совместима с существующими протоколами Ethernet, и пользователи могут легко развернуть ее в существующих сетях.

Типы 10 Gigabit Ethernet 

В зависимости от среды, по которой передаются данные, теперь доступны разные версии 10 GbE. Есть два основных типа 10 Gigabit Ethernet, которые вам могут понадобиться, они отличаются типом кабеля, используемого для подключения устройств:

• 10GBASE-T для использования с медными кабелями (с использованием традиционных портов RJ45)
• SFP+ (Small Form-factor Pluggable) для использования с оптоволоконными кабелями (с использованием оптических портов SFP+).

Оба способны обеспечить одинаковую скорость передачи 10 Гбит/с (10 000 Мбит/с). Некоторые из доступных в настоящее время коммутаторов 10 GbE оснащены только портами RJ45, некоторые — портами SFP+, а некоторые устройства предлагают оба варианта для максимальной совместимости.

Можно приобрести адаптеры, которые преобразуются между двумя типами, хотя это, очевидно, увеличивает затраты.

SFP+ имеет ряд преимуществ по сравнению с 10GBASE-T, таких как возможность поддержки кабелей длиной более 100 метров и незначительное снижение задержки (задержки по времени), но на самом деле это не имеет значения при развертывании в домашней сети (но может иметь большее значение в корпоративном развертывании).

Потенциально большее значение для домашних пользователей имеет тот факт, что SFP+ обеспечивает более низкое энергопотребление на порт (около 0,7 Вт по сравнению с примерно 2-5 Вт для 10GBASE-T, в зависимости от длины кабеля). Чем больше портов 10 GbE на коммутаторе, тем больше преимущество SFP+ в энергопотреблении. На фоне этого большим преимуществом 10 GBASE-T является возможность использовать существующие доступные медные кабели.

Медный 10-гигабитный Ethernet

С годами стандарты Ethernet, использующие медные кабели, значительно изменились с точки зрения производительности, как показано в Таблице 1 ниже. Увеличение скоростей потребовало соответствующих улучшений в кабельных технологиях — для обеспечения максимальной скорости требуются более сложные кабели.

Чтобы получить максимальную отдачу от 10 GbE с очень длинными кабелями, требуется кабель Ethernet с более высокими характеристиками. Кабель Cat 6a требуется для 10-гигабитного Ethernet для надежной работы при длине кабеля до 100 метров.

Тем не менее, хорошая новость заключается в том, что часто можно успешно использовать короткие кабели, но с более низкими характеристиками, которых вполне хватает для типичного дома. Например, кабель Cat 6 можно использовать с 10 Gigabit Ethernet для соединений длиной до 55 метров, что более чем достаточно для жилых помещений.

Хотя использование кабелей Cat 5e официально не рекомендуется для работы с 10 GbE, некоторые пользователи широкополосного доступа обнаружили, что и они могут обеспечить надежную работу 10 GbE, если использовать относительно короткие (менее 20 м) кабели.

Оптоволокно и 10-гигабитный Ethernet

С 10 GbE можно использовать как одномодовые, так и многомодовые оптоволоконные системы. Хотя одномодовое волокно более дорогое, его преимущество в том, что оно может работать на больших расстояниях.

Свет, проходящий через многомодовое волокно, имеет тенденцию испытывать дифференциальную задержку, поэтому эти волокна используются только для связи на короткие расстояния до 300 м. Кроме того, в таких сетях могут использоваться недорогие лазеры и оконечные соединения. Вот почему многомодовое волокно идеально подходит для приложений, где стоимость является критическим ограничивающим фактором.

10 GbE обеспечивает скорость передачи данных 10 Гбит/с на расстояние до 40 км по одномодовому волокну и до 300 м по многомодовому волокну. Он также может работать по активным оптическим кабелям (AOC). 

10GBASE-SR, 10GBASE-LR, 10GBASE-LRM, 10GBASE-ER, 10GBASE-ZR и 10GBASE-LX4 используются в локальной сети (LAN). 10GBASE-SW, 10GBASE-LW, 10GBASE-EW и 10GBASE-ZW применяются к глобальной сети (WAN). Они настроены для работы в сетях OC-192/STM-64/SDH/SONET. А 10GBASE-PR — это 10-гигабитный Ethernet PHY для пассивных оптических сетей.

Для чего обычно используется 10G Ethernet?

SMB (сети малого и среднего бизнеса) и корпоративные сети

10GbE подходит для малых и крупных предприятий, которым необходимо передавать большие наборы данных. Поскольку в наше время все больше и больше ресурсоемких приложений выполняются на серверах и в облачных сервисах, высокоскоростной Интернет становится все более важным аспектом бизнеса. 10GbE устраняет все узкие места, которые могут возникнуть при использовании 1 Гбит/с. Он предоставляет экономичные средства для удовлетворения требований новых вычислительных приложений к высокой скорости и малой задержке, таких как видео, потоковая передача, регулярное резервное копирование данных и т. д.

В сети 10G 10-гигабитные коммутаторы также жизненно важны для большинства предприятий. Как правило, предприятия используют 10-гигабитные коммутаторы для обеспечения сетей уровня 2 для своих высокоскоростных сетевых приложений, особенно в серверной комнате или центре обработки данных.

В примере сети линии 1 и 2 используют 10Gb соединения, при этом А -  10 Gbps RJ45 порты, для подключения к ним компьютеров, беспроводных маршрутизаторов и других клиентских устройств, а В - SFP+ слоты, которые используются для видеонаблюдения и телефонии. Линия 3 - 1 Gb соединение для подключения менее приоритетных устройств, которые не требуют больших скоростей.

Сети центров обработки данных

Сейчас в центрах обработки данных широко используется виртуализация серверов и многие организации присоединились к ее использованию. Это разделения физического сервера на несколько уникальных и изолированных виртуальных серверов. Такой подход позволяет лучше использовать серверное оборудование и повысить эффективность, поэтому компании переходят к виртуализации хранилищ и рабочих столов. И естественно высокоскоростное соединение 10GbE просто необходимо в таких случаях.

И в настоящее время многие производители серверов и платформ хранения данных поставляют их с модулями I/O (ввода/вывода) 10GbE, чтобы устранить узкие места, вызванные увеличением трафика I/O от более мощных и многоядерных процессоров. Поэтому имеет смысл воспользоваться всеми преимуществами этих высокоскоростных I/O, перейдя на 10GbE.

Примеры использования:

Домашние сети

Для небольших домашних сетей или студий такая функция, как облачное хранение данных, упрощает совместную работу. Однако, когда файлы передаваемые в сети достаточно больших размеров, между устройствами возникает баррикада из-за многочасового ожидания. С 10GbE унифицированное хранилище становится более осуществимым. Сохраняйте свои фильмы или музыку очень быстро и транслируйте их с любого авторизованного устройства; откройте большой файл дизайна за считанные секунды и легко общайтесь с друзьями; или делайте резервное копирование вашего компьютера через сеть за считанные минуты, не полагаясь на USB-накопитель и т. д. В сети 10GbE все эти задачи стоят вам только 1/10 часть времени по сравнению с сетью 1GbE и 1/100 часть времени на 100 Mbps.

Нужен ли вам 10G Ethernet?

После приведенного выше введения о 10G Ethernet те, кто в настоящее время использует 1GbE, могут подумать о переходе на 10GbE. Однако если 1GbE достаточно для удовлетворения текущих потребностей ваших приложений, нет необходимости обновляться до 10GbE. Вот ситуации, указывающие на необходимость обновления сети.

Для физических лиц:

• Если вы занимаетесь редактированием видео, потоковой передачей, созданием аудио и т. д., которые потребляют большой объем данных.
• Если ваш высококачественный рабочий процесс всегда отстает из-за низкой скорости передачи.

• Если ваши предприятия часто используют потоковую передачу в формате HD и часто имеют дело с файлами большого размера.
• Если ваша компания растет и количество сотрудников увеличивается, что вызывает перегрузку пользователей в вашей сети.
• Если ваша сетевая стойка полностью заполнена, вполне логично заменить коммутаторы 1 Гбит/с коммутатором 10 Гбит/с, сэкономив место и добавив дополнительные возможности подключения.

В заключение

Необходимость перехода на 10 GbE во многом зависит от ваших конкретных обстоятельств. 10 GbE должен давать ощутимые преимущества, чтобы компенсировать потенциальные недостатки по сравнению с Gigabit Ethernet, такие как более высокая стоимость и более высокое энергопотребление.

Есть веские основания для обновления до 10 GbE, если вы используете или собираетесь использовать сетевые устройства хранения данных с высокой скоростью чтения и записи, которые могут поддерживать редактирование и/или потоковую передачу видео 4k в реальном времени. Поскольку внутренние и внешние твердотельные накопители Thunderbolt 3 NVMe теперь могут обеспечивать скорость чтения/записи, превышающую 2000 Мбайт в секунду, максимальная скорость передачи по Gigabit Ethernet (125 Мбайт в секунду) оставляет желать лучшего и может серьезно ограничить использование сетевых дисков.

Помимо любых требований к сверхбыстрому сетевому хранилищу, преодоление потенциальных узких мест в вашей сети является еще одной важной причиной для перехода на 10 GbE. В то время как отдельные устройства с Gigabit Ethernet в вашей сети никогда не превысят 1 Гбит/с, совокупный трафик (с использованием коммутатора) может превысить этот уровень.