Что такое задержка в сети в коммутаторах Ethernet?

Задержка сети, являющаяся важным аспектом современных сетей, оказывает значительное влияние на эффективность передачи данных. Термин «задержка Ethernet» часто встречается， но насколько глубоко вы его понимаете? В этой статье рассматривается, что такое задержка сети, что вызывает сетевые задержки, как их измерять и как уменьшить их с помощью коммутаторов Ethernet. Читайте далее, чтобы узнать больше.

Что такое задержка в сети?

Значение задержки в сетях

Термин «задержка в сети» обозначает задержку при передаче данных по сети. Задержка коммутатора Ethernet — это конкретное время, необходимое Ethernet-пакету для прохождения через сетевой коммутатор. Сеть с большой задержкой называется сетью с высокой задержкой, а сеть с малой задержкой — сетью с низкой задержкой.

Коммутатор Ethernet Задержку можно рассматривать с двух точек зрения: односторонняя задержка и задержка туда и обратно. Последняя обычно используется в качестве основного показателя и включает общее время, необходимое Ethernet-пакету для перемещения от источника к месту назначения. Сегодня задержка туда и обратно является важным показателем, поскольку устройство использует сетевой протокол TCP/IP для отправки определенных данных по назначению и ожидает возврата подтверждения, прежде чем отправить следующие данные. Поэтому этот метод оказывает значительное влияние на производительность сети. 

Значение сетевой задержки

По мере того как все больше компаний проходят цифровую трансформацию, они используют облачные приложения и сервисы для выполнения ключевых бизнес-функций. Операционная деятельность также зависит от данных, собираемых интеллектуальными устройствами, подключенными к Интернету и совместно именуемыми Интернетом вещей (IoT). Задержки, вызванные высокой латентностью, могут приводить к снижению эффективности, особенно в операциях реального времени, зависящих от данных датчиков. Кроме того, высокая латентность снижает отдачу от инвестиций в увеличение пропускной способности сети, негативно влияя на пользовательский опыт и удовлетворенность клиентов, даже если предприятия внедрили дорогостоящую сетевую инфраструктуру.

Что вызывает  задержку в сети?

В предыдущих разделах рассматривалось понятие сетевой задержки. В этом разделе исследуются причины задержки. На продолжительность сетевой задержки влияет множество факторов. Ниже приведены несколько потенциальных факторов, которые могут на неё влиять.

Влияние среды передачи

Поскольку данные передаются через среды или линии передачи, влияние среды или линий передачи на задержку является значительным. Например, задержка в оптоволоконных сетях ниже по сравнению с беспроводными сетями. Аналогично, каждый раз при переключении сети с одного типа среды на другой общее время передачи увеличивается на несколько миллисекунд.

Анализ заголовка 

Задержка может возникать в коммутаторах Ethernet, поскольку им иногда требуется дополнительное время для анализа данных заголовка пакета и добавления необходимой информации. Это может привести к увеличению времени прохождения пакетов через коммутатор. 

Задержки пакетов, связанные с хранением

Задержки хранения могут возникать, когда пакеты задерживаются при хранении или обращении к диску на промежуточных устройствах, таких как коммутаторы и мосты.

Задержка процесса обеспечения безопасности

На задержку в сети могут влиять антивирусные процессы и процессы безопасности, которым требуется время для выполнения повторной сборки и разборки сообщений перед передачей.

Ошибки программного обеспечения

Задержки могут возникать из-за программных ошибок на стороне пользователя, что приводит к увеличению задержки в сети.

Измерение задержки сети в Ethernet-коммутаторах

Как видно из предыдущей главы, задержка коммутатора является важным фактором, влияющим на задержку в сети. Поэтому возникает вопрос: как ее измерить?

Спецификация IEEE RFC2544

Спецификация IEEE RFC2544 предоставляет широко признанный подход к оценке устройств с коммутацией с промежуточным хранением. RFC2544 требует повторить тест задержки не менее 20 раз, а результат должен представлять собой среднее значение всех результатов тестирования.

Netperf 

Netperf — это инструмент измерения производительности сети для транспорта на основе TCP или UDP. Результаты теста Netperf показывают, насколько быстро одна система может отправлять данные другой системе и насколько быстро другая система может их получать.

Пинг-понг

Ping Pong — это метод, используемый для оценки задержки в высокопроизводительном вычислительном кластере. Этот метод оценивает продолжительность кругового обмена удалёнными вызовами процедур (RPC), передаваемыми через интерфейс передачи сообщений (MPI).

Как снизить задержку сети с помощью коммутаторов Ethernet?

Для минимизации задержки в сети с помощью коммутаторов Ethernet применяются различные методики. К таким подходам относятся:

Увеличение пропускной способности сети

Один из самых простых и эффективных способов уменьшить задержки и количество коллизий — оснастить коммутатор Ethernet необходимой пропускной способностью.   Важно проверить, поддерживает ли коммутатор возможность расширения пропускной способности сети.   Коммутаторы Ethernet, обеспечивающие нулевую потерю пакетов, играют ключевую роль в повышении производительности сети. Протокол управления агрегацией каналов, или сокращенно LACP, — это стандартная функция, повышающая производительность сети за счет объединения портов в транк. Чтобы узнать больше о LACP, прочитайте эту статью:  LACP и PAGP: в чем разница? - QSFPTEK

Использование VLAN для сегментации сети

Поскольку традиционные плоские сети часто приводят к перегрузке каналов, коммутаторы Ethernet с поддержкой VLAN могут эффективно направлять трафик к нужным назначениям.  Доступен ряд Ethernet-коммутаторов VLAN уровня 2 и уровня 3 для сегментации трафика на основе таких факторов, как порт, динамическое назначение VLAN, протокол, MAC-адрес и другие.

Внедрение технологии сквозной передачи

Этот метод применяется в системах коммутации пакетов и направлен на минимизацию задержек в сети.  Сквозная коммутация снижает задержку в сети, позволяя коммутатору начать пересылку пакета еще до его полного получения, сразу после обработки адреса назначения.  Однако важно отметить, что эта технология работает наиболее эффективно при применении к портам, работающим на одинаковой скорости.

Снижение задержки с помощью RDMA

RDMA, или удалённый прямой доступ к памяти, представляет собой передовую сетевую технологию, которая кардинально повышает эффективность передачи данных. В отличие от традиционных методов, задействующих CPU, RDMA обеспечивает прямой обмен данными между компьютерными памятями в сети. Это позволяет обойти CPU и снизить задержку, ускоряя обмен данными для таких задач, как моделирование в реальном времени, анализ данных и высокопроизводительные вычисления. QSFPTEK S5600 и S7600 Коммутаторы серии поддерживают RDMA, обеспечивая высокую пропускную способность и сверхнизкую задержку.

Заключение

В заключение следует отметить, что задержка в сети имеет жизненно важное значение для эффективной передачи данных в Ethernet-коммутаторах. Цель этой статьи — разъяснить понятие задержки Ethernet в Ethernet-коммутаторах и предоставить сведения о стратегиях ее снижения. Хотя полностью устранить задержку в сети, возможно, не удастся, цель заключается в том, чтобы максимально ее минимизировать. Понимание последствий сетевой задержки и применение стратегий ее уменьшения имеют важное значение в современной среде, зависящей от сетей.