Введение
Постоянное развитие беспроводных сетей заставляет сетевых администраторов безостановочно модернизировать свои проводные сегменты, поддерживающие работу Wi-Fi. На сегодняшний день при использовании высокоскоростных точек доступа проводные интерфейсы коммутаторов доступа начинают становиться узким местом, ограничивая скорости передачи данных в беспроводном сегменте. Это кажется невероятным, но даже гигабитного интерфейса порой уже становится недостаточно. Однако переход к использованию сетей на базе 10GE не будет считаться оправданным в течение ещё долгого времени, так как пока скорости, предоставляемые Wi-Fi точками доступа, не планируют перешагнуть этот рубеж.
Предвидя осложнение ситуации в проводном сегменте в связи с появлением устройств с поддержкой 802.11AC Wave 2, компания Cisco Systems совместно с рядом других производителей основала в 2014 году альянс NBASE-T. Целью данной организации стала разработка стандартов Ethernet, позволяющих осуществлять передачу данных на скоростях 2,5 и 5 Гбит/с, используя существующую кабельную инфраструктуру категорий 5е и 6.
Чем же грозит сетевым администраторам появление устройств с поддержкой «второй волны» стандарта 802.11AC? Во-первых, произойдёт увеличение максимальных теоретических скоростей передачи данных до 6.8 Гбит/с. Конечно, это лишь теоретический максимум (реальные скорости окажутся традиционно в два раза ниже), к тому же достижимый лишь при использовании самых производительных клиентов, расположенных в непосредственной близости от точки доступа. Второе улучшение, предусмотренное в стандарте 802.11AC Wave 2, состоит в поддержке технологии MU-MIMO. Использование MU-MIMO позволит более эффективно распределять доступную полосу пропускания между несколькими беспроводными клиентами, работающими одновременно. Так, например, точка доступа с антенной конфигурацией 4x4 сможет обслуживать двух клиентов 2x2 одновременно, а не последовательно, как это было раньше.
Оба улучшения, доступные в 802.11AC Wave 2, приведут к значительно большей утилизации проводных сегментов сети. Именно для устранения узких мест в современных L2-сегментах и были разработаны стандарты NBASE-T, позволяющие с минимальными затратами подготовиться к внедрению беспроводного оборудования с поддержкой IEEE 802.11AC Wave 2. Кроме этого, в NBASE-T нельзя не отметить наличие поддержки технологии Power over Ethernet, позволяющей осуществлять удалённое питание точек доступа, камер видеонаблюдения и иного сетевого оборудования.
Сегодня в нашей тестовой лаборатории находится коммутатор Cisco Catalyst WS-C3560CX-8XPD-S (IOS версии 15.2(6)E), обладающий двумя мультигигабитными интерфейсами. Указанные интерфейсы поддерживают следующие скорости передачи: 100 Мбит/с, 1 Гбит/с, 2.5 Гбит/с, 5Гбит/с и 10 Гбит/с. Конечно же, два мультигигабитных порта – не единственные интерфейсы коммутатора. Модель 3560CX-8XPD оснащена также шестью портами Gigabit Ethernet, а также двумя разъёмами для модулей SFP+. Все восемь медных интерфейсов поддерживают передачу питания PoE+, энергетический бюджет коммутатора составляет 240 Вт.
Конфигурация
Коммутатор Cisco 3560CX-8XPD несёт на борту четыре интерфейса 10GE: Te1/0/1, Te1/0/2, Te1/0/7 и Te1/0/8, два последних как раз и обладают поддержкой NBASE-T.
fox_3560CX-8XPD#sho int status
Port Name Status Vlan Duplex Speed Type
Gi1/0/1 notconnect 1 auto auto 10/100/1000BaseTX
Gi1/0/2 notconnect 1 auto auto 10/100/1000BaseTX
Gi1/0/3 notconnect 1 auto auto 10/100/1000BaseTX
Gi1/0/4 notconnect 1 auto auto 10/100/1000BaseTX
Gi1/0/5 notconnect 1 auto auto 10/100/1000BaseTX
Gi1/0/6 notconnect 1 auto auto 10/100/1000BaseTX
Te1/0/7 connected 1 a-full 100 100/1G/2.5G/5G/10GBaseT
Te1/0/8 connected 1 a-full 100 100/1G/2.5G/5G/10GBaseT
Te1/0/1 notconnect 1 full 10G Not Present
Te1/0/2 notconnect 1 full 10G Not Present
Мультигигабитные интерфейсы не требуют какой-либо дополнительной конфигурации – даже скорость может быть определена автоматически.
fox_3560CX-8XPD(config)#int te1/0/7
fox_3560CX-8XPD(config-if)#?
Interface configuration commands:
aaa Authentication, Authorization and Accounting.
access-session Access Session specific Interface Configuration Commands
arp Set arp type (arpa, probe, snap) or timeout or log options
auto Configure Automation
auto Configure Automation
bandwidth Set bandwidth informational parameter
bfd BFD interface configuration commands
bgp-policy Apply policy propagated by bgp community string
carrier-delay Specify delay for interface transitions
cdp CDP interface subcommands
channel-group Etherchannel/port bundling configuration
channel-protocol Select the channel protocol (LACP, PAgP)
crypto Encryption/Decryption commands
cts Configure Cisco Trusted Security
dampening Enable event dampening
datalink Interface Datalink commands
default Set a command to its defaults
delay Specify interface throughput delay
description Interface specific description
downshift link downshift feature
exit Exit from interface configuration mode
flow-sampler Attach flow sampler to the interface
flowcontrol Configure flow operation.
help Description of the interactive help system
history Interface history histograms - 60 second, 60 minute and 72 hour
hold-queue Set hold queue depth
ip Interface Internet Protocol config commands
ipv6 IPv6 interface subcommands
isis IS-IS commands
iso-igrp ISO-IGRP interface subcommands
keepalive Enable keepalive
l2protocol-tunnel Tunnel Layer2 protocols
lacp LACP interface subcommands
link Interface link related commands
lldp LLDP interface subcommands
load-interval Specify interval for load calculation for an interface
location Interface location information
logging Configure logging for interface
mac MAC interface commands
macro Command macro
macsec Enable macsec on the interface
mdix Set Media Dependent Interface with Crossover
media-proxy Enable media proxy services
metadata Metadata Application
mka MACsec Key Agreement (MKA) interface configuration
mls mls interface commands
mvr MVR per port configuration
neighbor interface neighbor configuration mode commands
network-policy Network Policy
nmsp NMSP interface configuration
no Negate a command or set its defaults
onep Configure onep settings
ospfv3 OSPFv3 interface commands
pagp PAgP interface subcommands
power Power configuration
priority-queue Priority Queue
queue-set Choose a queue set for this queue
rep Resilient Ethernet Protocol characteristics
rmon Configure Remote Monitoring on an interface
routing Per-interface routing configuration
service-policy Configure CPL Service Policy
shutdown Shutdown the selected interface
small-frame Set rate limit parameters for small frame
snmp Modify SNMP interface parameters
source Get config from another source
spanning-tree Spanning Tree Subsystem
speed Configure speed operation.
srr-queue Configure shaped round-robin transmit queues
storm-control storm configuration
subscriber Subscriber inactivity timeout value.
switchport Set switching mode characteristics
timeout Define timeout values for this interface
topology Configure routing topology on the interface
transmit-interface Assign a transmit interface to a receive-only interface
tx-ring-limit Configure PA level transmit ring limit
udld Configure UDLD enabled or disabled and ignore global UDLD setting
vtp Enable VTP on this interface
fox_3560CX-8XPD(config-if)#speed ?
100 Force 100 Mbps operation
1000 Force 1000 Mbps operation
10000 Force 10000 Mbps operation
2500 Force 2500 Mbps operation
5000 Force 5000 Mbps operation
auto Enable AUTO speed configuration
Настройка дуплекса для портов NBASE-T отсутствует.
fox_3560CX-8XPD(config)#int gi1/0/1
fox_3560CX-8XPD(config-if)#du ?
auto Enable AUTO duplex configuration
full Force full duplex operation
half Force half-duplex operation
fox_3560CX-8XPD(config-if)#int te1/0/7
fox_3560CX-8XPD(config-if)#du ?
% Unrecognized command
Что же касается работы функции Auto MDI/MDIX, то в данном коммутаторе определение использованного кабеля производится вне зависимости от скорости, на которой функционирует интерфейс.
При использовании автоматического согласования скорости администратор может в явном виде указать, какие скорости допустимы для согласования. Справедливости ради, стоит отметить, что аналогичная настройка доступна и для гигабитных интерфейсов тоже.
fox_3560CX-8XPD(config-if)#spe au ?
100 Include 100 Mbps in auto-negotiation advertisement
1000 Include 1000 Mbps in auto-negotiation advertisement
10000 Include 10000 Mbps in auto-negotiation advertisement
2500 Include 2500 Mbps in auto-negotiation advertisement
5000 Include 5000 Mbps in auto-negotiation advertisement
Мы соединили патч-кордом интерфейсы Te1/0/7 и Te1/0/8 между собой. Вывод некоторых диагностических команд представлен ниже.
fox_3560CX-8XPD#sho run int te1/0/7
Building configuration...
Current configuration : 59 bytes
!
interface TenGigabitEthernet1/0/7
load-interval 30
end
fox_3560CX-8XPD#sho run int te1/0/8
Building configuration...
Current configuration : 71 bytes
!
interface TenGigabitEthernet1/0/8
load-interval 30
speed 5000
end
fox_3560CX-8XPD#sho int status
Port Name Status Vlan Duplex Speed Type
Gi1/0/1 notconnect 1 auto auto 10/100/1000BaseTX
Gi1/0/2 notconnect 1 auto auto 10/100/1000BaseTX
Gi1/0/3 notconnect 1 auto auto 10/100/1000BaseTX
Gi1/0/4 notconnect 1 auto auto 10/100/1000BaseTX
Gi1/0/5 notconnect 1 auto auto 10/100/1000BaseTX
Gi1/0/6 notconnect 1 auto auto 10/100/1000BaseTX
Te1/0/7 connected 1 a-full a-5000 100/1G/2.5G/5G/10GBaseT
Te1/0/8 connected 1 a-full 5000 100/1G/2.5G/5G/10GBaseT
Te1/0/1 notconnect 1 full 10G Not Present
Te1/0/2 notconnect 1 full 10G Not Present
fox_3560CX-8XPD#sho int te1/0/7
TenGigabitEthernet1/0/7 is up, line protocol is up (connected)
Hardware is Ten Gigabit Ethernet, address is 9c57.adb0.3487 (bia 9c57.adb0.3487)
MTU 1500 bytes, BW 5000000 Kbit/sec, DLY 10 usec,
reliability 255/255, txload 1/255, rxload 1/255
Encapsulation ARPA, loopback not set
Keepalive set (10 sec)
Full-duplex, 5000Mb/s, media type is 100/1G/2.5G/5G/10GBaseT
input flow-control is off, output flow-control is unsupported
ARP type: ARPA, ARP Timeout 04:00:00
Last input 00:00:01, output 00:00:01, output hang never
Last clearing of "show interface" counters never
Input queue: 0/75/0/0 (size/max/drops/flushes); Total output drops: 0
Queueing strategy: fifo
Output queue: 0/40 (size/max)
30 second input rate 0 bits/sec, 0 packets/sec
30 second output rate 1000 bits/sec, 1 packets/sec
538 packets input, 102715 bytes, 0 no buffer
Received 325 broadcasts (325 multicasts)
0 runts, 0 giants, 0 throttles
0 input errors, 0 CRC, 0 frame, 0 overrun, 0 ignored
0 watchdog, 325 multicast, 0 pause input
0 input packets with dribble condition detected
1622 packets output, 172091 bytes, 0 underruns
0 output errors, 0 collisions, 1 interface resets
0 unknown protocol drops
0 babbles, 0 late collision, 0 deferred
0 lost carrier, 0 no carrier, 0 pause output
0 output buffer failures, 0 output buffers swapped out
fox_3560CX-8XPD#sho int te1/0/8
TenGigabitEthernet1/0/8 is up, line protocol is up (connected)
Hardware is Ten Gigabit Ethernet, address is 9c57.adb0.3488 (bia 9c57.adb0.3488)
MTU 1500 bytes, BW 5000000 Kbit/sec, DLY 10 usec,
reliability 255/255, txload 1/255, rxload 1/255
Encapsulation ARPA, loopback not set
Keepalive set (10 sec)
Full-duplex, 5000Mb/s, media type is 100/1G/2.5G/5G/10GBaseT
input flow-control is off, output flow-control is unsupported
ARP type: ARPA, ARP Timeout 04:00:00
Last input 00:00:01, output 00:00:09, output hang never
Last clearing of "show interface" counters never
Input queue: 0/75/0/0 (size/max/drops/flushes); Total output drops: 0
Queueing strategy: fifo
Output queue: 0/40 (size/max)
30 second input rate 0 bits/sec, 0 packets/sec
30 second output rate 0 bits/sec, 0 packets/sec
1626 packets input, 172811 bytes, 0 no buffer
Received 1413 broadcasts (1397 multicasts)
0 runts, 0 giants, 0 throttles
4 input errors, 0 CRC, 0 frame, 0 overrun, 0 ignored
0 watchdog, 1397 multicast, 0 pause input
0 input packets with dribble condition detected
561 packets output, 104187 bytes, 0 underruns
0 output errors, 0 collisions, 1 interface resets
0 unknown protocol drops
0 babbles, 0 late collision, 0 deferred
0 lost carrier, 0 no carrier, 0 pause output
0 output buffer failures, 0 output buffers swapped out
fox_3560CX-8XPD#
Перед тем как непосредственно перейти к нагрузочному тестированию, мы решили подключить точку доступа с поддержкой PoE к интерфейсу Te1/0/7 и предоставить нашим читателям некоторую диагностическую информацию.
fox_3560CX-8XPD#sho power inline tenGigabitEthernet 1/0/7
Interface Admin Oper Power Device Class Max
(Watts)
--------- ------ ---------- ------- ------------------- ----- ----
Te1/0/7 auto on 15.4 Ieee PD 4 30.0
Interface AdminPowerMax AdminConsumption
(Watts) (Watts)
---------- --------------- --------------------
Te1/0/7 30.0 15.4
fox_3560CX-8XPD#sho lldp ne de
fox_3560CX-8XPD#sho lldp ne detail
------------------------------------------------
Local Intf: Te1/0/7
Chassis id: b8ec.a3ac.5c19
Port id: 1
Port Description: UPLINK
System Name: WAC6103D-I
System Description:
Linux
Time remaining: 118 seconds
System Capabilities: B,W,R
Enabled Capabilities: B,W,R
Management Addresses:
IP: 192.168.1.2
Auto Negotiation - not supported
Physical media capabilities - not advertised
Media Attachment Unit type - not advertised
Vlan ID: - not advertised
Total entries displayed: 1
fox_3560CX-8XPD(config)#int te1/0/7
fox_3560CX-8XPD(config-if)#po
fox_3560CX-8XPD(config-if)#power ?
inline Inline power configuration
fox_3560CX-8XPD(config-if)#power i
fox_3560CX-8XPD(config-if)#power inline ?
auto Automatically detect and power inline devices
consumption Configure the inline device consumption
never Never apply inline power
police Police the power drawn on the port
port Configure Port Power Level
static High priority inline power interface
На этом раздел, посвящённый конфигурированию мультигигабитных интерфейсов, подошёл к концу.
Тестирование
В данном разделе мы хотим предоставить нашим читателям результаты тестов производительности коммутатора не только при использовании мультигигабитных интерфейсов, но и «стандартных» портов. В качестве трафик-генератора использовался программно-аппаратный комплекс IXIA. Начать мы решили с измерения производительности (полоса пропускания, задержка и джиттер) модели 3560CX-8XPD, выполняющей коммутацию с использованием интерфейсов Gigabit Ethernet. Измерения производились для фреймов различной длины. Во время проведения данных тестов мы не фиксировали потери пакетов (исключая тест маршрутизации IPv6), поэтому данный график мы решили не включать в статью.
Поскольку модель Cisco Catalyst 3560CX-8XPD обладает возможностью выполнять не только коммутацию Ethernet-кадров, но маршрутизацию IP-пакетов, мы решили не оставлять данную функциональность без внимания.
Как видно из приведённых выше графиков, производительность устройства практически не отличается как при выполнении функций L2, так и L3.
Следующим этапом стало измерение производительности коммутатора при подключении к его оптическим портам 10GE также в L2 и L3 режимах.
Тестируемый коммутатор может выполнять не только маршрутизацию трафика IPv4, но также и IPv6. Естественно, мы не оставили без внимания такую возможность.
Здесь стоит отметить, что при маршрутизации пакетов, размер которых составлял 72 байта, наблюдались потери пакетов 0.029%. Величина потерь невелика, однако мы всё равно посчитали необходимым упомянуть об этом.
Мы подошли, пожалуй, к самой интересной части данного раздела – измерению производительности коммутатора при использовании портов NBASE-T. Трафик-генератор подключался к оптическим интерфейсам коммутатора (10GE). Мультигигабитные интерфейсы были соединены друг с другом с помощью патч-корда длиной 0.5 метра. На графиках ниже представлены значения скорости, задержки и джиттера для всех поддерживаемых интерфейсами скоростей. При построении графиков зависимости задержки от размера пакетов мы, естественно, учитывали, что в данной схеме фреймы проходят коммутатор дважды.
В заключение данного раздела нам бы хотелось предоставить нашим читателям те же зависимости, но без использования коммутатора, то есть в ситуации, когда порты трафик-генератора соединялись друг с другом напрямую.
На этом мы завершаем раздел тестирования и переходим к подведению итогов.
Заключение
В данной статье мы рассмотрели медные мультигигабитные интерфейсы на примере компактного коммутатора Cisco Catalyst 3560CX-8XPD, обладающего двумя портами с поддержкой NBASE-T. Использование портов NBASE-T позволит с минимальными затратами обновить существующие проводные сегменты сети и подготовиться к развёртыванию беспроводных сетей следующего поколения IEEE 802.11AC Wave 2. Использование NBASE-T позволяет значительно увеличить производительность проводных сегментов без замены кабельной инфраструктуры. Поддержка мультигигабитными интерфейсами также и «стандартных» скоростей 1GE и 10GE позволит осуществить замену оборудования максимально плавно и последовательно.
Стоит также заметить, что появление новых стандартов с «промежуточными» скоростями произошло не только в мире медных сетевых интерфейсов с разъёмами RJ45 (8P8C), но также и в сегменте оптических сетей. Примером может служить коммутатор Cisco Nexus 3232C с высокой плотностью портов, несущий на борту 32 фиксированных 100GE интерфейса формата QSFP28, что позволяет обеспечить поддержку следующих скоростей оптических интерфейсов: 10G/25G/40G/50G/100G. Однако это уже совсем другая история.
