Устройства распределяющие блок модуль расширитель управления коммутаторами что это

Обновлено: 07.07.2024

В распределенных вычислительных системах ресурсы разделяются между задачами, каждая из которых исполняется на своем подмножестве процессоров. В связи с этим возникает понятие близости процессоров , которая является важной для активно взаимодействующих процессоров. Обычно близость процессоров выражается в различной каскадности соединений, различных расстояниях между ними.

Один из вариантов создания составных коммутаторов заключается в объединении прямоугольных коммутаторов (v+1 x v+1), v > 1 таким образом, что один вход и один выход каждого составляющего коммутатора служат входом и выходом составного коммутатора . К каждому внутреннему коммутатору подсоединяются процессор и память, образуя вычислительный модуль с v-каналами для соединения с другими вычислительными модулями. Свободные v-входов и v-выходов каждого вычислительного модуля соединяются линиями "точка-точка" с входами и выходами других коммутаторов, образуя граф межмодульных связей .

Наиболее эффективным графом межмодульных связей с точки зрения организации обмена данными между вычислительными модулями является полный граф . В этом случае между каждой парой вычислительных модулей существует прямое соединение . При этом возможны одновременные соединения между произвольными вычислительными модулями.

Однако обычно создать полный граф межмодульных связей невозможно по ряду причин. Обмен данными приходится производить через цепочки транзитных модулей. Из-за этого увеличиваются задержки, и ограничивается возможность установления одновременных соединений. Таким образом, эффективный граф межмодульных связей должен минимизировать время межмодульных обменов и максимально увеличить количество одновременно активизированных соединений. Кроме того, на выбор графа межмодульных связей влияет учет отказов и восстановлений вычислительных модулей и линий связи.

Граф межмодульных связей Convex Exemplar SPP1000

В качестве примера реального графа межмодульных связей рассмотрим структуру системы Convex Exemplar SPP1000. В основе каждого составного блока системы лежит прямоугольный коммутатор (5 х 5), до 16 подобных блоков объединяются каналами " точка-точка " в кольцо ( одномерный тор ), состоящее из четырех независимых подканалов.

Рис. 10.2. Граф межмодульных связей Convex Exemplar SPP1000

Внутри каждого блока четыре входа и выхода прямоугольного коммутатора (5 х 5) используются для взаимодействия устройств внутри блока (при этом в каждом блоке располагается по два процессора), пятые вход и выход используются для объединения блоков в кольцо. При этом каждый из четырех кольцевых каналов рассматривается как независимый ресурс , и система сохраняет работоспособность до тех пор, пока существует хотя бы один функционирующий кольцевой канал.

Граф межмодульных связей МВС-100

Система МВС-100 предлагает блочный подход к построению архитектуры параллельной вычислительной системы. Структурный модуль системы состоит из 16 вычислительных узлов, образующих матрицу 4х4 (рис. 10.3). Угловые узлы соединяются попарно по диагонали, таким образом, максимальная длина пути между любой парой элементов равна трем. В исходной же матрице 4 х 4 эта длина равна шести. Каждый блок имеет 12 выходов, что позволяет объединять их в более сложные структуры.

Для МВС-100 базовый вычислительный блок содержит 32 узла. Такой блок строится из двух структурных модулей в соответствии со схемой, приведенной на рис. 10.4. В этом случае максимальная длина пути между любой парой вычислительных узлов равна пяти. При этом остается 16 свободных связей, что позволяет продолжить объединение . При объединении двух базовых блоков по схеме, приведенной на рис. 10.4 (64 вычислительных узла) максимальная длина пути составит 6, как и в гиперкубе, а количество свободных связей будет равно 16.

Рис. 10.4. Варианты объединения структурных модулей МВС-100

Граф межмодульных связей МВС-1000

Архитектура системы МВС-1000 аналогична архитектуре МВС-100 . Основой системы является масштабируемый массив процессорных узлов. Каждый узел содержит вычислительный микропроцессор Alpha 21164 с производительностью 2 GFLOPS при тактовой частоте 500 MHz и оперативную память объемом 128 MB, с возможностью расширения. Процессорные узлы взаимодействуют через коммуникационные процессоры TMS320C44 производства Texas Instruments, имеющие по 4 внешних канала (линка) с общей пропускной способностью 80 Мбайт/с (20 Мбайт/с каждый). Также разрабатывается вариант системы с использованием коммуникационных процессоров SHARC ( ADSP 21060) компании Analog Devices, имеющих по 6 каналов с общей пропускной способностью до 240 Мбайт/с (40 Мбайт/с каждый).

Процессорные узлы связаны между собой по оригинальной схеме, сходной с топологией двухмерного тора (для 4-линковых узлов). Аналогично МВС-100 , структурный модуль МВС-1000 состоит из 16 вычислительных модулей, образующих матрицу 4 x 4, в которой четыре угловых элемента соединяются через транспьютерные линки по диагонали попарно. Оставшиеся 12 линков предназначаются для подсоединения внешних устройств (4 линка угловых ВМ) и соединений с подобными ВМ.

Модули коммутаторов - это узкопрофильные устройства, обеспечивающие, в зависимости от своего типа, возможности стэкирования, резервирования питания, охлаждения или дополнительные подключения для нижестоящего сетевого оборудования. Они устанавливаются в специальные слоты коммутатора, взаимодействуя со всеми остальными его составляющими.

Решения коммутаторов от Cisco

Большинство современных коммутаторов для среднего и большого бизнеса обладают модульной архитектурой. Каждый из модулей имеет узкую направленность предоставляемых услуг и возможностей, позволяя создавать сетевые инфраструктуры “под ключ”.

В частности, один из ведущих производителей сетевого оборудования Cisco поставляет коммутаторы, предназначенные для использования в среднем и большом бизнесе, которые имеют модульный форм-фактор. Это решение позволяет максимально адаптировать функционал коммутатора под меняющиеся требования сети (ее расширение, изменение топологии, обеспечение более высокого уровня резервирования и пр.) при минимально возможных финансовых вложениях.

Типы модулей коммутаторов Cisco

На ВТК СВЯЗЬ представлены следующие типы модулей коммутаторов Cisco:

> модули расширения
> запасные вентиляторы
> модульные заглушки
> модули и кабели стэкирования
> резервные источники питания

Ниже рассмотрены их основные особенности и преимущества.

Модули расширения используются для увеличения общего количества портов доступа на коммутаторе. В зависимости от модели, они могут оснащаться портами Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, SFP и SFP+. Эти устройства имеют вид микросхемы, на задней части которой расположен порт для подключения слоту расширения коммутатора, а на фронтальной – специальная металлическая панель, повторяющая переднюю панель коммутатора. На расположены порты, которые могут быть использованы для подключения к сети передачи данных. Эти модули фиксируются в слоте с помощью винтов и обладают возможностью горячей замены. Это значит, что даже при демонтаже модуля из слота продолжается функционирование всей системы (что особенно актуально для крупномасштабных организаций и ЦОД, когда простои сетевого оборудования могут нанести серьезные финансовые убытки).

В случае, если заинтересовавшая Вас модель модуля коммутатора в данный момент не размещена на сайте, мы предлагаем обратиться к менеджеру, чтобы уточнить возможность ее приобретения под заказ. "

Запасные вентиляторы в виде модулей используются для охлаждения аппаратной части стойки коммутатора. Они размещаются в специальные слоты коммутатора, и, как правило, обладают возможностью горячей замены. Таким образом, системные администраторы могут в любое время осуществить процедуру технического обслуживания системы без потребности в прерывании рабочих процессов сетевого оборудования.

Модульные заглушки применяются в тех случаях, когда в коммутаторе не используются все слоты. Они надежно защищают внутренние платы устройства от попадания пыли, жидкостей и различных посторонних предметов, а также от доступа посторонних. В случае потребности модульная заглушка может быть с легкостью демонтирована из слота коммутатора, не требуя использования специальных инструментов.

> Масштабируемость: при возникновении необходимости в добавлении новых портов намного проще добавить новый коммутатор в стэк, нежели разворачивать локальную сеть на базе автономного устройства

Модули стэкирования. Часть первая

Пожалуй, это наиболее сложный по своему функционалу тип модулей коммутаторов. Его использование позволяет оперативно и экономически выгодно решить четыре следующих задачи:

> Образование единой точки управления: в масштабных сетях количество сетевых коммутаторов не ограничивается парой-тройкой единиц. Для того чтобы рационализировать рабочий процесс системного администратора и минимизировать вероятность возникновения ошибок в настройках, коммутаторы могут управляться как единое целое, с использованием одного IP адреса (более того, при добавлении нового коммутатора в стэк он автоматически перенимает общие настройки всех остальных коммутаторов и стэка). Таким образом, системный администратор может назначать как глобальные функции (для всех членов стэка), так и интерфейсные функции (для отдельных единиц стэка) с помощью мастера стэка (модуля стэка, который принимает на себя управляющие полномочия)

> Отказоустойчивость и повышенная доступность: в случае выхода одного коммутатора из строя подключения для клиентских устройств могут быть автоматически перенаправлены на резервное устройство (за счет избыточности соединений)

Модули стэкирования.
Часть вторая

Модули стэкирования позволяют оперативно и экономически выгодно решить следующие задачи:

> Увеличение пропускной способности сети: чтобы повысить пропускную способность клиентских подключений, некоторые модели коммутаторов Cisco используют технологию агрегирования каналов на базе стандарта 802.1Q. В отличие от аналогичных решений других производителей, фирменная разработка Cisco - EtherChannel позволяет объединять физически удаленные друг от друга порты, обеспечивая до 80 Гбит суммарной пропускной способности

Характеристики модулей стэкирования

Практически все эти модули поддерживают возможность горячей замены и не провоцируют нарушение функционирования сети при изъятии коммутатора из стэка.

На сегодняшний день в коммутаторах Cisco используются следующие технологии стэкирования: FlexStack, FlexStack Plus, StackWise и StackWise Plus (в зависимости от модели коммутатора). Помимо модулей, для образования стэка используются специальные кабели стэкирования (они представлены вариантами разной длины), которые обеспечивают физическое соединение модулей стэкирования на коммутаторах.

Стоит отметить, что при образовании стэка необходимо отследить совместимость поддерживаемых коммутаторами ПО. Далеко не все версии ПО могут быть совмещены в едином стэке.

Резервные источники питания

Для того чтобы обеспечить избыточность мощности, подаваемой коммутатором, могут быть использованы резервные источники питания в виде модулей, предназначенных для размещения в специальные слоты коммутатора. Зачастую этот тип оборудования используется для подачи дополнительной мощности к питаемым по технологии PoE/PoE+ устройствам или для резервирования питания в стэке. Эти модули также обладают возможностью горячей замены.

Модули коммутаторов на ВТК СВЯЗЬ

Приобрести все вышеуказанные типы модулей коммутаторов можно на ВТК СВЯЗЬ. В случае, если Вы не нашли необходимую модель у нас на сайте, обратитесь за помощью к менеджерам ВТК СВЯЗЬ. Как правило, ее приобретение станет возможным для Вас в индивидуальном порядке, под заказ.

ВТК СВЯЗЬ

115280 Москва м. Автозаводская
Ленинская Слобода 26 строение 6
БЦ Симонов Плаза, офис 1519

Мы уже много писали о возможностях, которые предоставляют современные коммутаторы с загрузочной средой ONIE и открытые ОС на базе Linux для них. Построение L3-фабрик, оверлейные виртуальные сети L2, — все это уже было. Но осталась нераскрытой одна важная тема, о которой много упоминалось — возможности по автоматизации.

Командная строка — это, конечно, здорово и вообще классика, но в 2014 году хочется уже большего. Особенно если работать приходится с десятками и сотнями устройств в одной сети.

Так что же мы получаем при использовании коммутатора c ОС на основе Linux, такой как Cumulus?

Автоматизация начинается уже на этапе подключения коммутатора в сетевую среду. И за это стоит благодарить установочную среду ONIE, пришедшую на смену PXE. При первой загрузке при помощи опции 239 DHCP запрашивается URL-адрес, с которого будет получаться образ системы. А вместе с ним запрашивается скрипт, который будет выполнен при установке. В список поддерживаемых языков входят Bash (Shell), Perl, Python, Ruby. Типичный пример выглядит примерно так:

Zero Touch Provisioning

Такой вариант способен сильно облегчить процесс разворачивания или расширения сети, в которой есть большое количество однотипных настроек. Впрочем, залить набор необходимого софта «по умолчанию» — уже весьма ценно, это знает любой человек, которому приходилось собирать компьютеры или сервера в количестве, отличном от «один для личного использования».

Но вот мы прорвались за этап установки, и тут уже начинается все самое интересное, что есть в мире Linux.

Первый пакет считается более распространенным и удобным, но есть мнение, что у второго лучше обстоят дела с масштабируемостью. Мы со своей стороны лишь радуемся возможности выбора и предлагаем вам вот такую статистику по использованию различных вариантов на «девятках»:

Маршрутизация на узлах обмена траффиком

Про VMware NSX мы писали в нашем предыдущем материале, а OpenStack — настолько объемная тема, что требует даже не отдельной статьи, а целого цикла статей, так что эту часть мы, пожалуй, оставим без дополнительных комментариев.

— написанная на Ruby одна из самых известных клиент-серверных систем управления конфигурациями ОС и ПО при помощи специального языка Guide — еще одна широко известная система конфигурации — третья конфигурационная система с мировой известностью

Как всегда бывает в подобных случаях, холивары о том, какая из систем удобнее, не прекращаются никогда. Поэтому лишь с поддержкой всех трех систем в ОС коммутатора можно говорить о том, что он обладает необходимой гибкостью, чтобы быть успешно встроенным в большинство имеющихся окружений.
Впрочем, даже если вы используете сторонние или самописные системы управления, никто не мешает вам адаптировать их клиента под использование в рамках открытой ОС коммутатора.

И еще несколько слов о популярных пакетах управления сетевыми интерфейсами. Наверняка многим известен такой пакет Debian, как ifupdown. В Cumulus используется его обновленная версия ifupdown2:

По большому счету, это все тот же пакет, с сохраненной обратной совместимостью, но переписанный на python и обладающий расширенной функциональностью. В новой версии был значительно упрощен синтаксис команд. Но, пожалуй, самой полезной особенностью является возможность внесения инкрементальных изменений в конфигурацию сетевых интерфейсов, без рестарта интерфейсов.

Мониторинг
Понимание происходящих в любой момент времени процессов, стремление всегда держать руку на пульсе происходящего — характерная черта любого хорошего администратора, будь он системный или сетевой.

Prescriptive Topology Manager (PTM)
Еще одной полезной функцией на стыке мониторинга и автоматизации является PTM. Этот пакет позволяет при помощи LLDP опроса ближайших соседей и BFD (Bidirectional Forwarding Detection) найти сбои в существующих путях, построить реально существующую топологию сети и сравнить ее с заранее заданной файлом topology.dot. Последний представляет собой файл формата graphviz-DOT — сравнительно распространенный способ текстового описания графа соединений, достаточно удобный как для работы с ним в качестве текста, так и для преобразования в графическое отображение топологии.

Prescriptive Topology Manager

В итоге мы получаем удобный способ проверки правильности подсоединения кабелей, что весьма актуально на больших инсталляциях. Помимо этого мы получаем еще один механизм мониторинга состояния сетевых соединений, причем легко скриптующийся и уже интегрированный с quagga.

Ну вот как-то так выглядит ситуация с автоматизацией в современных сетевых открытых ОС.
А чем пользуетесь вы?

После того, как технология коммутации привлекла общее внимание и получила высокие оценки специалистов, многие компании занялись реализацией этой технологии в своих устройствах, применяя для этого различные технические решения. Многие коммутаторы первого поколения были похожи на маршрутизаторы, то есть основывались на центральном процессоре общего назначения, связанном с интерфейсными портами по внутренней скоростной шине (рисунок 4.1). Однако, это были скорее пробные устройства, предназначенные для освоения самой компании технологии коммутации, а не для завоевания рынка.

Рис. 4.1. Коммутатор на процессоре общего назначения

Для ускорения операций коммутации нужны были специализированные процессоры со специализированными средствами обмена данными, как в первом коммутаторе Kalpana, и они вскоре появились. Теперь коммутаторы используют заказные специализированные БИС, которые оптимизированы для выполнения основных операций коммутации. Часто в одном коммутаторе используется несколько специализированных БИС, каждая из которых выполняет функционально законченную часть операций.

коммутационная матрица;
разделяемая многовходовая память;
общая шина.

Часто эти три способа взаимодействия комбинируются в одном коммутаторе.

Коммутаторы на основе коммутационной матрицы

Коммутационная матрица - основной и самый быстрый способ взаимодействия процессоров портов, именно он был реализован в первом промышленном коммутаторе локальных сетей. Однако, реализация матрицы возможна только для определенного числа портов, причем сложность схемы возрастает пропорционально квадрату количества портов коммутатора (рисунок 4.2).

Рис. 4.2. Коммутационная матрица

Рис. 4.3. Реализация коммутационной матрицы 4х4 с помощью двоичных переключателей

Матрица состоит из трех уровней двоичных переключателей, которые соединяют свой вход с одним из двух выходов в зависимости от значения бита тэга. Переключатели первого уровня управляются первым битом тэга, второго - вторым, а третьего - третьим.

Матрица может быть реализована и по-другому, на основании комбинационных схем другого типа, но ее особенностью все равно остается технология коммутации физических каналов. Известным недостатком этой технологии является отсутствие буферизации данных внутри коммутационной матрицы - если составной канал невозможно построить из-за занятости выходного порта или промежуточного коммутационного элемента, то данные должны накапливаться в их источнике, в данном случае - во входном блоке порта, принявшего кадр.

Коммутаторы с общей шиной

Коммутаторы с общей шиной используют для связи процессоров портов высокоскоростную шину, используемую в режиме разделения времени. Эта архитектура похожа на изображенную на рисунке 4.1 архитектуру коммутаторов на основе универсального процессора, но отличается тем, что шина здесь пассивна, а активную роль выполняют специализированные процессоры портов.

Пример такой архитектуры приведен на рисунке 4.4. Для того, чтобы шина не была узким местом коммутатора, ее производительность должна быть по крайней мере в N/2 раз выше скорости поступления данных во входные блоки процессоров портов. Кроме этого, кадр должен передаваться по шине небольшими частями, по несколько байт, чтобы передача кадров между несколькими портами происходила в псевдопараллельном режиме, не внося задержек в передачу кадра в целом. Размер такой ячейки данных определяется производителем коммутатора. Некоторые производители, например, LANNET (сейчас подразделение компании Madge Networks), выбрали в качестве порции данных, переносимых за одну операцию по шине, ячейку АТМ с ее полем данных в 48 байт. Такой подход облегчает трансляцию протоколов локальных сетей в протокол АТМ, если коммутатор поддерживает эти технологии.

Рис. 4.4. Архитектура общей шины

Шина, так же как и коммутационная матрица, не может осуществлять промежуточную буферизацию, но так как данные кадра разбиваются на небольшие ячейки, то задержек с начальным ожиданием доступности выходного порта в такой схеме нет.

Коммутаторы с разделяемой памятью

Третья базовая архитектура взаимодействия портов - двухвходовая разделяемая память. Пример такой архитектуры приведен на рисунке 4.5.

Рис. 4.5. Архитектура разделяемой памяти

Память должна быть достаточно быстродействующей для поддержания скорости переписи данных между N портами коммутатора. Применение общей буферной памяти, гибко распределяемой менеджером между отдельными портами, снижает требования к размеру буферной памяти процессора порта.

Комбинированные коммутаторы

У каждой из описанных архитектур есть свои преимущества и недостатки, поэтому часто в сложных коммутаторах эти архитектуры применяются в комбинации друг с другом. Пример такого комбинирования приведен на рисунке 4.6.

Коммутатор состоит из модулей с фиксированным количеством портов (2 - 8), выполненных на основе специализированной БИС (ASIC), реализующей архитектуру коммутационной матрицы. Если порты, между которыми нужно передать кадр данных, принадлежат одному модулю, то передача кадра осуществляется процессорами модуля на основе имеющейся в модуле коммутационной матрицы. Если же порты принадлежат разным модулям, то процессоры общаются по общей шине. При такой архитектуре передача кадров внутри модуля будет происходить чаще всего быстрее, чем при межмодульной передаче, так как коммутационная матрица - наиболее быстрый, хотя и наименее масштабируемый способ взаимодействия портов. Скорость внутренней шины коммутаторов может достигать нескольких Гб/c, а у наиболее мощных моделей - до 10 - 14 Гб/с.

Рис. 4.6. Комбинирование архитектур коммутационной матрицы и общей шины

Можно представить и другие способы комбинировании архитектур, например, использование для взаимодействия модулей разделяемой памяти.

Модульные и стековые коммутаторы

автономные коммутаторы с фиксированным количеством портов;
модульные коммутаторы на основе шасси;
коммутаторы с фиксированным количеством портов, собираемые в стек.

Первый тип коммутаторов обычно предназначен для организации небольших рабочих групп.

Модульные коммутаторы на основе шасси чаще всего предназначены для применения на магистрали сети. Поэтому они выполняются на основе какой-либо комбинированной схемы, в которой взаимодействие модулей организуется по быстродействующей шине или же на основе быстрой разделяемой памяти большого объема. Модули такого коммутатора выполняются на основе технологии "hot swap", то есть допускают замену на ходу, без выключения коммутатора, так как центральное коммуникационное устройство сети не должно иметь перерывов в работе. Шасси обычно снабжается резервированными источниками питания и резервированными вентиляторами, в тех же целях. В целом такие коммутаторы напоминают маршрутизаторы высшего класса или корпоративные многофункциональные концентраторы, поэтому иногда они включают помимо модулей коммутации и модули повторителей или маршрутизатров.

С технической точки зрения определенный интерес представляют стековые коммутаторы. Эти устройства представляют собой коммутаторы, которые могут работать автономно, так как выполнены в отдельном корпусе, но имеют специальные интерфейсы, которые позволяют их объединять в общую систему, которая работает как единый коммутатор. Говорят, что в этом случае отдельные коммутаторы образуют стек.

Обычно такой специальный интерфейс представляет собой высокоскоростную шину, которая позволяет объединить отдельные корпуса подобно модулям в коммутаторе на основе шасси. Так как расстояния между корпусами больше, чем между модулями на шасси, скорость обмена по шине обычно ниже, чем у модульных коммутаторов: 200 - 400 Мб/c. Не очень высокие скорости обмена между коммутаторами стека обусловлены также тем, что стековые коммутаторы обычно занимают промежуточное положение между коммутаторами с фиксированным количеством портов и коммутаторами на основе шасси. Стековые коммутаторы применяются для создания сетей рабочих групп и отделов, поэтому сверхвысокие скорости шин обмена им не очень нужны и не соответствуют их ценовому диапазону.

Структура стека коммутаторов, соединяемых по скоростным специальным портам, показана на рисунке 4.7.

Рис. 4.7. Стек коммутаторов, объединяемых по высокоскоростным каналам

Читайте также: