Посібник із 10 Gigabit Ethernet: чи час переходити на 10 GbE?

10 Gigabit Ethernet, також відомий як 10GbE, є телекомунікаційною технологією, що забезпечує швидкість передачі даних до 10 мільярдів біт в секунду, що в 10 разів швидше, ніж традиційний стандарт Gigabit Ethernet. З такою швидкістю можна ефективно працювати із будь-яким мережним обладнанням. І це також причина, через яку багато підприємств і будинків переходять на 10GbE.

Gigabit Ethernet vs 10G Ethernet

10 GbE схожий на традиційний Ethernet і відрізняється від нього.

Наприклад, 10 GbE, як і традиційний Ethernet, є протоколом рівня 1 (фізичний рівень) і 2 (рівень каналу передачі даних), який дотримується ключових атрибутів існуючих протоколів Ethernet, включаючи наступні:

• Протокол керування доступом до середовища
• Формат кадру Ethernet
• мінімальний та максимальний розмір кадру

Хоча 10GbE має деяку схожість з традиційним Gigabit Ethernet, він пропонує більш ефективний і менш витратний підхід до переміщення даних магістральними з'єднаннями між мережами, оскільки він використовує переваги повнодуплексного протоколу, в якому дані відправляються в обох напрямках одночасно з використанням мережного комутатора для зв'язку пристроїв.

Іншими словами, напівдуплексні операції не існують у 10 GbE, оскільки він визначає лише повнодуплексні з'єднання «крапка-крапка». Це також усуває необхідність у повторювачах-концентраторах для підключення декількох пристроїв Ethernet, а також для поділу портів та виявлення колізій.

10 GbE працює з оптоволоконним кабелем (802.ae), але також сумісний з мідними кабелями з крученою парою (802.3ak). Крім того, формат кадру даних у 10 GbE залишається таким самим, як і в інших версіях Ethernet. Це означає, що технологія 10 Gbe є повністю сумісною з існуючими протоколами Ethernet, і користувачі можуть легко розгорнути її в існуючих мережах.

Типи 10 Gigabit Ethernet

Залежно від середовища, яким передаються дані, тепер доступні різні версії 10 GbE. Є два основних типи 10 Gigabit Ethernet, які можуть знадобитися, вони відрізняються типом кабелю, що використовується для підключення пристроїв:

• 10GBASE-T для використання з мідними кабелями (з використанням традиційних портів RJ45)
• SFP+ (Small Form-factor Pluggable) для використання з оптоволоконними кабелями (з використанням оптичних портів SFP+).

Обидва можуть забезпечити однакову швидкість передачі 10 Гбіт/с (10 000 Мбіт/с). Деякі з доступних в даний час комутаторів 10 GbE оснащені тільки портами RJ45, деякі портами SFP +, а деякі пристрої пропонують обидва варіанти для максимальної сумісності.

Можна придбати адаптери, які перетворюються між двома типами, хоча це очевидно збільшує витрати.

SFP+ має ряд переваг у порівнянні з 10GBASE-T, таких як можливість підтримки кабелів довжиною більше 100 метрів і незначне зниження затримки (затримки за часом), але насправді це не має значення при розгортанні в домашній мережі (але може мати більше значення в корпоративному розгортанні).

Потенційно більше значення для домашніх користувачів має той факт, що SFP+ забезпечує нижче енергоспоживання на порт (близько 0,7 Вт порівняно з приблизно 2-5 Вт для 10GBASE-T, залежно від довжини кабелю). Чим більше портів 10 GbE на комутаторі, тим більша перевага SFP+ у енергоспоживання. На фоні цього великою перевагою 10 GBASE-T є можливість використовувати наявнімідні кабелі .

Мідний 10-гігабітний Ethernet

З роками стандарти Ethernet, що використовують мідні кабелі, значно змінилися з точки зору продуктивності, як показано в Таблиці 1 нижче. Збільшення швидкостей потребувало відповідних покращень у кабельних технологіях — для забезпечення максимальної швидкості потрібні складніші кабелі.

Щоб отримати максимальну віддачу від 10 GbE з дуже довгими кабелями, потрібний кабель Ethernet із вищими характеристиками. Кабель Cat 6a потрібний для 10-гігабітного Ethernet для надійної роботи при довжині кабелю до 100 метрів.

Тим не менш, хороша новина полягає в тому, що часто можна успішно використовувати короткі кабелі, але з нижчими характеристиками, яких вистачає для типового будинку. Наприклад, кабель Cat 6 можна використовувати з 10 Gigabit Ethernet для з'єднань довжиною до 55 метрів, що більш ніж достатньо для житлових приміщень.

Хоча використання кабелів Cat 5e офіційно не рекомендується для роботи з 10 GbE, деякі користувачі широкосмугового доступу виявили, що вони можуть забезпечити надійну роботу 10 GbE, якщо використовувати відносно короткі (менше 20 м) кабелі.

Оптоволокно та 10-гігабітний Ethernet

З 10 GbE можна використовувати як одномодові, так і багатомодові оптоволоконні системи. Хоча одномодове волокно дорожче, його перевага в тому, що воно може працювати на великих відстанях.

Світло, що проходить через багатомодове волокно, має тенденцію зазнавати диференціальної затримки, тому ці волокна використовуються тільки для зв'язку на короткі відстані до 300 м. Крім того, в таких мережах можуть використовуватися недорогі лазери та кінцеві з'єднання. Ось чому багатомодове волокно ідеально підходить для додатків, де вартість є критичним фактором, що обмежує.

10 GbE забезпечує швидкість передачі даних 10 Гбіт/с на відстань до 40 км по одномодовому волокну та до 300 м по багатомодовому волокну. Він також може працювати за активними оптичними кабелями (AOC).

10GBASE-SR, 10GBASE-LR, 10GBASE-LRM, 10GBASE-ER, 10GBASE-ZR та 10GBASE-LX4 використовуються в локальній мережі (LAN). 10GBASE-SW, 10GBASE-LW, 10GBASE-EW та 10GBASE-ZW застосовуються до глобальної мережі (WAN). Вони налаштовані для роботи в мережах OC-192/STM-64/SDH/SONET. А 10GBASE-PR – це 10-гігабітний Ethernet PHY для пасивних оптичних мереж.

Навіщо зазвичай використовується 10G Ethernet?

SMB (мережі малого та середнього бізнесу) та корпоративні мережі

10GbE підходить для малих та великих підприємств, яким необхідно передавати великі набори даних. Оскільки в наш час все більше і більше ресурсоємних програм виконуються на серверах і в хмарних сервісах, високошвидкісний Інтернет стає все більш важливим аспектом бізнесу. 10GbE усуває всі вузькі місця, які можуть виникнути під час використання 1 Гбіт/с. Він надає економічні кошти для задоволення вимог нових обчислювальних програм до високої швидкості та малої затримки, таких як відео, потокова передача, регулярне резервне копіювання даних тощо. буд.

У мережі 10G 10-гігабітні комутатори також є життєво важливими для більшості підприємств. Як правило, підприємства використовують 10-гігабітні комутатори для забезпечення мереж 2 рівня для своїх високошвидкісних мережних додатків, особливо в серверній кімнаті або центрі обробки даних.

У прикладі мережі лінії 1 і 2 використовують 10Gb з'єднання, при цьому А - 10 Gbps RJ45 порти, для підключення до них комп'ютерів, бездротових маршрутизаторів та інших клієнтських пристроїв, а - SFP + слоти, які використовуються для відеоспостереження та телефонії. Лінія 3 – 1 Gb з'єднання для підключення менш пріоритетних пристроїв, які не потребують великих швидкостей.

Мережі центрів обробки даних

Зараз у центрах обробки даних широко використовується віртуалізація серверів і багато організацій приєдналися до використання. Це розділення фізичного сервера на кілька унікальних та ізольованих віртуальних серверів. Такий підхід дозволяє краще використовувати серверне обладнання та підвищити ефективність, тому компанії переходять до віртуалізації сховищ та робочих столів. І звичайно високошвидкісне з'єднання 10GbE просто необхідне в таких випадках.

І в даний час багато виробників серверів і платформ зберігання даних поставляють їх з модулями I/O (введення/виведення) 10GbE, щоб усунути вузькі місця, викликані збільшенням трафіку I/O від потужніших і багатоядерних процесорів. Тому є сенс скористатися всіма перевагами цих високошвидкісних I/O, перейшовши на 10GbE.

Приклади використання:

Домашні мережі

Для невеликих домашніх мереж або студій така функція як хмарне зберігання даних спрощує спільну роботу. Однак, коли файли передаються в мережі досить великих розмірів, між пристроями виникає барикада через багатогодинне очікування. З 10GbE уніфіковане сховище стає здійсненним. Зберігайте свої фільми або музику дуже швидко та транслюйте їх з будь-якого авторизованого пристрою; відкрийте великий файл дизайну за лічені секунди та легко спілкуйтеся з друзями; або робіть резервне копіювання вашого комп'ютера через мережу за лічені хвилини, не покладаючись на USB-накопичувач тощо. буд. У мережі 10GbE всі ці завдання коштують вам лише 1/10 частину часу порівняно з мережею 1GbE та 1/100 частину часу на 100 Mbps.

Чи потрібний вам 10G Ethernet?

Після наведеного вище введення про 10G Ethernet ті, хто зараз використовує 1GbE, можуть подумати про перехід на 10GbE. Однак якщо 1GbE достатньо для задоволення поточних потреб ваших програм, немає необхідності оновлюватися до 10GbE. Ось ситуації, які вказують на необхідність оновлення мережі.

Для фізичних осіб:

• Якщо ви займаєтеся редагуванням відео, потоковою передачею, створенням аудіо тощо. д., які споживають великий обсяг даних.
• Якщо ваш високоякісний робочий процес завжди відстає через низьку швидкість передачі.

• Якщо ваші підприємства часто використовують потокове передавання у форматі HD і часто мають справу з файлами великого розміру.
• Якщо ваша компанія зростає і кількість співробітників збільшується, що викликає перевантаження користувачів у мережі.
• Якщо ваша мережева стійка повністю заповнена, цілком логічно замінити комутатори 1 Гбіт/с комутатором 10 Гбіт/с, заощадивши місце та додавши додаткові можливості підключення.

На закінчення

Необхідність переходу на 10 GbE залежить від ваших конкретних обставин. 10 GbE повинен давати відчутні переваги, щоб компенсувати потенційні недоліки порівняно з Gigabit Ethernet, такі як більш висока вартість та енергоспоживання.

Існують вагомі підстави для оновлення до 10 GbE, якщо ви використовуєте або збираєтеся використовувати мережні пристрої зберігання даних з високою швидкістю читання та запису, які можуть підтримувати редагування та/або потокову передачу відео 4k у реальному часі. Оскільки внутрішні та зовнішні твердотільні накопичувачі Thunderbolt 3 NVMe тепер можуть забезпечувати швидкість читання/запису, що перевищує 2000 Мбайт в секунду, максимальна швидкість передачі Gigabit Ethernet (125 Мбайт в секунду) залишає бажати кращого і може серйозно обмежити використання.

Крім будь-яких вимог до надшвидкого мережевого сховища, подолання потенційних вузьких місць у мережі є ще однією важливою причиною для переходу на 10 GbE. У той час, як окремі пристрої з Gigabit Ethernet у вашій мережі ніколи не перевищать 1 Гбіт/с, сукупний трафік (з використанням комутатора) може перевищити цей рівень.