Коммутаторы ядра — особенность, структура, как выбрать

Коммутаторы ядра лежат в основе корпоративных сетей и несут ответственность за высокоскоростную маршрутизацию и коммутацию. Рост трафика на уровне доступа и на уровне распределения повлияет на производительность коммутаторов ядра. Поэтому, как выбрать наиболее подходящие коммутаторы ядра для компусных и корпоративных сетей, важно в долгосрочной перспективе. Читайте, чтобы узнать больше о факторах, которые следует учитывать при выборе коммутаторов ядра.

Структура коммутатора ядра сети

В структуре корпоративной иерархической сети коммутатор уровня ядра является верхним, на который полагаются другие уровни доступа и распределения. Он объединяет все потоки трафика от устройств уровня распределения и устройств уровня доступа, и иногда коммутаторам ядра приходится иметь дело с внешним трафиком от других выходных устройств. Поэтому для коммутаторов уровня ядра важно отправлять как можно больше пакетов. Уровень ядра всегда состоит из высокоскоростных коммутаторов и маршрутизаторов, оптимизированных для производительности и доступности.

Рисунок 1: коммутаторы ядра в трехуровневой архитектуре

Расположенный на уровне ядра корпоративных сетей, коммутатор уровня ядра функционирует в качестве магистрального коммутатора для доступа к локальной сети и централизует несколько устройств агрегации в ядре. На этих трех уровнях коммутаторы ядра требуют наиболее высокой производительности коммутатора. Как правило, они являются наиболее мощными с точки зрения быстрой пересылки больших объемов данных. В большинстве случаев коммутаторы ядра управляют высокоскоростными соединениями, такими как 10G Ethernet, 40G Ethernet или 100G Ethernet. Чтобы обеспечить высокоскоростную передачу трафика, коммутаторы ядра не должны выполнять какие-либо манипуляции с пакетами, такие как меж-виртуальная маршрутизация, списки доступа и т. д., которые выполняются распределительными устройствами.

Внимание: В небольших сетях часто бывает необходимо реализовать свернутый уровень ядра, объединяющий уровень ядра и уровень распределения в один, а также коммутаторы. Дополнительная информация о свернутом ядре доступна в разделе как выбрать подходящий коммутатор уровня распределения?

Технологии, применяемые для коммутатора ядра сети

Поскольку основной задачей коммутатора ядра сети является распределение пакетов данных между отдельными модулями сети, эти устройства должны поддерживать функционал Layer 3 и выше. Кроме того, этот тип устройств должен поддерживать подключения с максимально возможной пропускной способностью (1 Гбит/с, 10 Гбит/с, 40 Гбит/с и 100 Гбит/с).

Еще одной, не менее важной характеристикой является поддержка технологии многоадресного распределения нагрузки (по IP адресам) ECMP, использующей один из алгоритмов Source and Group Address Using the Basic S-G-Hash Algorithm или Source, Group and Next-Hop Address Using the Next-Hop-Based Hash Algorithm. Эта технология реализует передачу многоадресного трафика от устройств, которые посылают множество потоков или передают определенное количество каналов (например, серверы IPTV или видеосерверы MPEG). До введения этой возможности программное обеспечение Cisco IOS поддерживало многоадресное распределение нагрузки ECMP, основанное только на адресе источника. Данная версия технологии ограничивала общий объем трафика, отправляемый из одного источника на несколько групп, осуществляя распределение нагрузки по путям одной длины.

Кроме того, коммутатор уровня ядра должен поддерживать технологию, основанную на стандарте IEEE 802.3ad, EtherChannel. EtherChannel реализует процесс объединения от 2-х до 8-ми каналов передачи данных (они при этом должны обладать одинаковой скоростью - 100 Мбит/с, 1 Гбит/с или 10 Гбит/с каждый), создавая таким образом общий поток со скоростью до 80 Гбит/с.

Требования к коммутатору ядра

Исходя из вышеуказанных описаний, можно выделить ряд требований, необходимых для коммутатора ядра:

• высокая производительность и надежность подключений для нижестоящего в сетевой иерархии оборудования;

• поддержка технологии MPLS L3 Vpn для осуществления передачи данных между узлами сети с помощью меток и RSVP-TE для сигнализации LSP туннелей;

• поддержка NAT для трансляции сетевых адресов;

• поддержка M-LAG для объединения нескольких отдельных физических портов в один логический порт (порты могут быть использованы с двух разных устройств);

• высокая плотность портов;

• поддержка многоадресного распределения нагрузки;

• поддержка протоколов динамической маршрутизации (DHCP, OSPF, BGP);

• поддержка протоколов агрегирования соединений (LACP, EtherChanel);

Факторы, которые следует учитывать при выборе коммутаторов ядра для предприятий

Проще говоря, коммутаторы уровня ядра - это обычно коммутаторы уровня 3 с высокой производительностью, доступностью, надежностью и масштабируемостью. За исключением рассмотрения основных характеристик, таких как скорость порта и типы портов, при выборе коммутаторов уровня ядра для проектирования сети предприятия следует учитывать следующие факторы.

Производительность

Скорость пересылки пакетов и емкость коммутации очень важны для коммутатора ядра сети в корпоративных сетях. По сравнению с коммутаторами уровня доступа и коммутаторами уровня распределения, коммутаторы ядра должны обеспечивать максимально высокую скорость пересылки и пропускную способность коммутации. Конкретная скорость пересылки во многом зависит от количества устройств в сети, коммутаторы ядра могут быть выбраны с низу до верх на основе устройств уровня распределения. Например, сетевые дизайнеры могут определить необходимую скорость пересылки коммутаторов ядра, проверив и изучив различные потоки трафика из уровней доступа и распределения, а затем идентифицируя один или несколько подходящих коммутаторов уровня ядра для сети.

Избыточность

Коммутаторы ядра уделяют больше внимания избыточности по сравнению с другими коммутаторами. Поскольку коммутаторы уровня ядра несут гораздо более высокие рабочие нагрузки, чем коммутаторы уровня доступа и распределения, они обычно горячее, чем коммутаторы в двух других уровнях, поэтому следует учитывать систему охлаждения. Как часто бывает, коммутаторы уровня ядра обычно оснащены резервными системами охлаждения, чтобы помочь коммутаторам остывать во время работы. Резервный источник питания - еще одна особенность, которую следует учитывать. Представьте, что коммутаторы теряют мощность во время работы сети, вся сеть отключается, когда вы собираетесь выполнить замену оборудования. При наличии резервных источников питания, когда один из них выходит из строя, другой немедленно запускается, обеспечивая обслуживание всей сети без влияния. FS предоставляет вентиляторные коммутаторы с горячей замены и модулями источника питания для лучшей избыточности.

Надежность

Обычно коммутаторы ядра являются коммутаторами уровня 3, выполняющими как функции коммутации, так и функции маршрутизации. Связь между коммутаторами уровня распределения и ядра осуществляется с использованием линиий связи уровня 3. коммутаторы ядра должны выполнять расширенную защиту от DDoS с использованием протоколов уровня 3 для повышения безопасности и надежности. Агрегирование каналов необходимо в коммутаторах ядра, чтобы коммутаторы уровня распределения доставляли сетевой трафик на уровень ядра максимально эффективно.

Кроме того, отказоустойчивость является проблемой для рассмотрения. Если произойдет сбой в коммутаторах уровня ядра, это затронет каждого пользователя. Следует избегать таких конфигураций, как списки доступа и фильтрация пакетов, в случае замедления сетевого трафика. Отказоустойчивые протоколы, такие как VRRP и HSRP, также доступны для группировки устройств в виртуальные и обеспечения надежности связи в случае выхода из строя одного физического коммутатора. Более того, когда в некоторых корпоративных сетях имеется более одного коммутатора ядра сети, коммутаторы ядра должны поддерживать такие функции, как MLAG, чтобы обеспечить работу всего канала в случае сбоя коммутатора ядра сети.

QoS способность

QoS является важной услугой, которая может потребоваться для определенных типов сетевого трафика. На современных предприятиях с растущим объемом трафика данных требуется все больше и больше голосовых и видеоданных. Что, если в ядре предприятия возникает перегрузка сети? Служба QoS будет иметь смысл. Благодаря СпособностИ QoS коммутаторы ядра могут предоставлять разную полосу пропускания различным приложениям в соответствии с их различными характеристиками. По сравнению с трафиком, который не так чувствителен ко времени, как, например, электронная почта, критический трафик, чувствительный ко времени, должен получать более высокие гарантии QoS, так что в первую очередь может передаваться более важный трафик с высокой скоростью пересылки данных и гарантированной низкой потерей пакетов.

Как вы можете видеть из содержания выше, существует множество факторов, которые определяют, какие корпоративные коммутаторы ядра наиболее подходят для вашей сетевой среды. Кроме того, вам может потребоваться несколько бесед с поставщиками коммутаторов и знать, какие конкретные функции и услуги они могут предоставить, чтобы сделать мудрый выбор.

Связанные статьи:

Как правильно выбрать коммутатор уровня доступа?

Мультигигабитный коммутатор для растущей корпоративной кампусной сети