Zwiększanie wydajności i skalowalności sieci przy użyciu technologii Intel® i bramy sieciowej netElastic vBNG

Globalna pandemia przyspieszyła znaczenie szybkiego dostępu do Internetu w naszym życiu zawodowym i prywatnym. Zastosowania komputerów związane z intensywnym użyciem przepustowości, takie jak wideokonferencje, nauka zdalna i korzystanie z gier komputerowych, są coraz bardziej powszechne i ten trend nie ulegnie zmianie podczas przechodzenia od pracy w warunkach pandemii do pracy w środowisku hybrydowym.

Oczywiście w tej sytuacji rośnie również natężenie ruchu sieciowego, zwłaszcza związanego ze stałym dostępem szerokopasmowym. Zgodnie z ustaleniami firmy Analysys Mason globalny ruch związany z przesyłaniem danych w sieciach stacjonarnych wzrósł o 42% w 2020 roku i po raz pierwszy w ubiegłych latach ruch w sieciach stacjonarnych rósł szybciej niż w sieciach komórkowych¹.

Oprócz gwałtownego wzrostu natężenia ruchu internetowego w obiektach mieszkalnych pandemia przyczyniła się również do zwiększenia ilości danych wysyłanych w sieciach z urządzeń klienckich. Ostatnio proporcja natężenia ruchu sieciowego skierowanego do i od urządzeń klienckich wynosił w przybliżeniu 10:1. Obecnie ten wskaźnik wynosi 5:1, a wielu usługodawców przewiduje, że osiągnie on poziom 2:11. Skutkiem bardzo wysokiego popytu na sieci dostępowe jest nowe podejście do projektowania sieci.

Uwzględniając to nienasycone zapotrzebowanie na przepustowość, wielu dostawców sieci szerokopasmowych modernizuje swoje sieci dostępu stałego, aby zapewnić ciągłą odpowiednią jakość usług dla klientów. Aby zachować przewagę nad konkurencją, usługodawcy muszą nie tylko zapewnić większą skalowalność i wszechstronność sieci, ale również obniżyć koszty.

Przejście od sieci tradycyjnych do opartych na oprogramowaniu

W tradycyjnych sieciach szerokopasmowych używane są głównie drogie, zastrzeżone routery brzegowe, które nie zapewniają skalowania w dostatecznym zakresie i nie są dość wydajne, dlatego nie umożliwiają reagowania na nieustannie zwiększające się zapotrzebowanie na przepustowość. Zgodnie ze starszą strategią dostawcy sieci szerokopasmowych zazwyczaj zwiększają przepustowość poprzez dodawanie zastrzeżonych urządzeń sieciowych, takich jak routery, lub rozbudowują sieci przy użyciu nowych kart liniowych. Niestety operacje związane z zakupem, instalacją i konfiguracją urządzeń sprzętowych są kosztowne i czasochłonne.

Wirtualizacja sieciowa jest fundamentalną technologią w erze Internetu, oddzielającą funkcje sieciowe od sprzętu i eliminującą konieczność zakupu dodatkowych urządzeń sieciowych po osiągnięciu maksymalnej dostępnej przepustowości sieci lub gwałtownym zwiększeniu zapotrzebowania na przepustowość (np. podczas pandemii). Wirtualizacja umożliwia zwiększanie przepustowości sieci przy użyciu kilku poleceń programowych zamiast kilku transportów sprzętu i wizyt personelu technicznego w miejscu instalacji. Nakłady inwestycyjne są również mniejsze i rozłożone zgodnie z modelem płatności w miarę rozwoju.

Oddzielenie sprzętu od oprogramowania umożliwia też dostawcom sieci szerokopasmowych wybór oprogramowania i sprzętu od najlepszych dostawców. Usługodawcy odzyskują więc swobodę wyboru i kontrolę, dlatego mogą korzystać z rozwiązań spełniających ich potrzeby.

Zmiana projektu bramy sieci szerokopasmowej

Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na przepustowość bramy sieci szerokopasmowych (BNG) stały się ważnym elementem sieci dostępowej. Firma netElastic opracowała jedną z pierwszych opartych na oprogramowaniu wirtualnych bram sieciowych (vBNG) i jest liderem rynku technologii vBNG. Bramy netElastic vBNG są oparte na technologii jednostek CPU korzystających ze standardowych skalowalnych procesorów Intel® Xeon®, dlatego zapewniają skalowalność wymaganą do obsługi zwiększonego natężenia ruchu sieciowego i wszechstronność umożliwiającą szybkie wdrażanie nowych funkcji.

Dzięki wyeliminowaniu zastrzeżonego sprzętu brama sieciowa netElastic vBNG pozwala zmniejszyć koszty. Klienci korzystający z bramy netElastic vBNG potwierdzają obniżenie kosztów nawet o 70% w porównaniu z poprzednimi dostawcami.

Rozszerzenie zakresu łączności opartej na protokole IPv4 przy użyciu wirtualnej translacji adresów sieciowych klasy operatorów telekomunikacyjnych

Rządy wielu krajów przydzielają ogromne fundusze na zapobieganie wykluczeniu cyfrowemu i zapewnienie powszechnego dostępu do Internetu. Powoduje to wzrost liczby użytkowników Internetu, zapotrzebowania na adresy protokołu IPv4 i kosztów zakupu lub leasingu tych adresów.

Podobnie jak bramy sieciowe BNG, tradycyjne rozwiązania w zakresie translacji adresów klasy operatorów telekomunikacyjnych (CGNAT) korzystają z kosztownego, zastrzeżonego sprzętu. Z kolei oprogramowanie netElastic CGNAT, takie jak bramy sieciowe netElastic vBNG, korzysta ze znacznie tańszej i bardziej wszechstronnej technologii serwerowej Intel®. Dostawcy sieci szerokopasmowych korzystający z rozwiązań netElastic CGNAT zmniejszyli koszty nawet o 80% w porównaniu ze starszymi rozwiązaniami CGNAT. Mogą oni też łatwo rejestrować nowych abonentów bez obawy o problemy z uzyskaniem nowych adresów protokołu IPv4.

Podsumowując, bramy sieciowe netElastic vBNG i CGNAT umożliwiają dostawcom usług internetowych, bezprzewodowej łączności z Internetem, szerokopasmowych sieci w obszarach niezurbanizowanych i administracjom miejskim rozszerzanie i ulepszanie ich sieci dostępu stałego przy jednoczesnym obniżaniu całkowitego koszty posiadania. Poniżej przedstawiono dwa wdrożenia klienckie.

Dzięki zastąpieniu produktów dostawców dużych routerów i wdrożeniu oprogramowania MikroTik firma Praction Networks zmniejszyła koszty o 200%

Jako szybko rozwijający się dostawca szerokopasmowych sieci światłowodowych dla obiektów mieszkalnych w Indiach firma Praction Networks chciała wdrożyć translację CGNAT w celu oszczędnego korzystania z adresów protokołu IPv4. Firma używała zastrzeżonego routera dostarczonego przez dużego producenta jako bramy BNG i zamierzała wdrożyć translację CGNAT. Niestety rozwiązanie obecnie używane w tej firmie nie zapewniało praktycznych opcji wdrożenia translacji CGNAT, a zaoferowane firmie rozwiązania były zbyt drogie.

Firma Praction zakupiła oprogramowanie MikroTik dla translacji CGNAT. Zwiększenie liczby abonentów spowodowało jednak znaczne zmniejszenie wydajności oprogramowania MikroTik i wpłynęło bardzo niekorzystnie na jakość usług dla klientów. Rohit Kumar, współzałożyciel i dyrektor ds. technologii w firmie Praction, stwierdził „Skalowalność była bardzo ograniczona w przypadku naszych poprzednich routerów. Z powodu tych problemów musieliśmy poszukiwać innego rozwiązania”.

Firma Praction wybrała produkty netElastic vBNG i CGNAT, oparte na opracowanej przez firmę netElastic technologii wydajnych routerów wirtualnych, łącznie ze skalowalną architekturą oprogramowania zapewniającą dużą wydajność translacji. „Przed wdrożeniem produktów netElastic prowadziliśmy konsultacje z kilkoma dużymi dostawcami routerów. Oferowane przez nich rozwiązania były jednak od dwóch do trzech razy droższe niż produkty netElastic CGNAT”, stwierdził Rohit.

Brama BNG spełniająca wymagania rozwijających się dostawców sieci szerokopasmowych

Jak już wspomniano, firma Praction używała zastrzeżonego routera sprzętowego jako bramy BNG. Podobnie jak w przypadku oprogramowania MikoTik CGNAT istotną wadą tego routera była ograniczona skalowalność. Fizyczna infrastruktura sieciowa (zwłaszcza routery sprzętowe), wymagająca ręcznej konfiguracji, po prostu nie może sprostać rosnącemu zapotrzebowaniu na przepustowość.

„Ciągle musieliśmy ponownie konfigurować nasz poprzedni router, co było bardzo uciążliwe”, zauważył Rohit. „Ten problem rozwiązaliśmy dzięki programowej bramie netElastic BNG, którą można łatwo skonfigurować przy użyciu zaledwie kilku poleceń programowych. Skalowalność, wydajność i efektywność kosztowa były kluczowymi kryteriami naszej oceny bram BNG. Dzięki bramie netElastic vBNG mamy wszystko, czego szukaliśmy”.

Wybierając rozwiązanie netElastic, firma Praction mogła przenieść abonentów ze środowiska z urządzeniami pochodzącymi od wielu dostawców do rozwiązania z pojedynczym oprogramowaniem zapewniającym odpowiednią wydajność i skalowalność. Rohit zauważył, że „Brama netElastic vBNG była zupełnie stabilna, a dzięki jej dużej wydajności możemy zagwarantować odpowiednią jakość usług dla naszych abonentów. A większa liczba zadowolonych klientów oznacza sukces firmy”.

Rozwiązanie problemów rynku stałego dostępu bezprzewodowego przy użyciu bramy vBNG

Firma Softcom jest dostawcą usług związanych z bezprzewodową łącznością z Internetem z siedzibą w Galt w Kalifornii. Firma Softcom zaobserwowała wzrost użycia przepustowości o 30% w okresie pandemii i musiała rozwiązać problemy wynikające z braku możliwości skalowania jej routerów sprzętowych. „Nasz sprzęt nie był przystosowany do skalowania, dlatego obserwowaliśmy ograniczenia natężenia ruchu sieciowego, które niekorzystnie wpływały na jakość naszych usług dla klientów”, stwierdził Brian Meredith, dyrektor ds. technologii w firmie Softcom.

„Potrzebowaliśmy rozwiązania klasy operatorów telekomunikacyjnych, znacznie bardziej odpornego i przystosowanego do skalowania zależnie od liczby klientów i wymaganej przepustowości w celu zapewnienia odpowiedniej jakości usług dla użytkowników”, dodał Brian.

Przed wybraniem rozwiązania netElastic firma Softcom rozważyła ofertę kilku dostawców. „Rozważyliśmy rozwiązania sprzętowe oferowane przez najbardziej cenionych dostawców, jednak po uwzględnieniu kosztów związanych z licencjonowaniem okazały się one bardzo drogie. Dostawcy oferują dobre rozwiązania, jednak trudno jest uzasadnić tak duże koszty w przypadku firmy z ograniczonym budżetem, takiej jak nasza”.

Brama netElastic vBNG spełniła wszystkie wymagania, a ponadto umożliwiła zmniejszenie całkowitego kosztu posiadania. „Oprogramowanie vBNG jest atrakcyjne i bardzo solidne, a wszystkie koszty sprzętu i oprogramowania były bardzo umiarkowane”.

Zapewnianie lepszej skalowalności sieci i jakości usług dla klientów

Brama netElastic vBNG oddziela oprogramowanie od dedykowanego sprzętu, umożliwiając dostawcom sieci szerokopasmowych szybkie zwiększanie przepustowości sieci bez konieczności ręcznej modernizacji istniejących routerów lub zakupu nowych routerów.

Korzystając z bramy vBNG, firma Softcom zapewniła bardziej stabilną przepustowość dla klientów zgodnie z zakupionymi przez nich subskrypcjami. „Wdrożone przez nas rozwiązanie jest bardzo dobrze skalowane i jeszcze nie poznaliśmy wszystkich jego zalet”, dodał Brian. „Brama vBNG to bardzo wydajne oprogramowanie z wyjątkowo dużą liczbą opcji konfiguracyjnych”.

Dzięki stabilnemu rozwiązaniu i eliminacji ograniczeń ruchu sieciowego firma Softcom przeznaczała mniej czasu na rozwiązywanie problemów technicznych i koncentrowała się na zapewnieniu lepszej jakości usługi dla klientów. Zalety bramy vBNG „pozytywnie wpłynęły na większość aspektów działalności naszej firmy związanych z interakcjami z klientami, ponieważ nie musimy już rozwiązywać zgłaszanych przez nich problemów technicznych typowych dla sprzętu poprzedniego dostawcy. Zapewniamy najwyższą jakość usług dla naszych klientów”.

Platforma Intel® BNG nowej generacji

Skalowalna platforma Intel® Xeon® trzeciej generacji korzysta z nowego interfejsu PCIe Gen4 zapewniającego dwukrotnie większą wejściową/wyjściową przepustowość gniazda procesora. Dwugniazdowy serwer z dwoma skalowalnymi procesorami Intel® Xeon® zapewnia maksymalną teoretyczną przepustowość wejściową/wyjściową 800 Gb/s w przeciwieństwie do przepustowości 400 Gb/s interfejsu PCIe Gen3 używanego na platformach poprzedniej generacji.

Karta sieciowa Intel® Ethernet E810-2CQDA2 jest wyposażona w dwa złącza 100G. Dwugniazdowy serwer z czterema kartami sieciowymi tego typu na gniazdo w ośmiu gniazdach 100G o łącznej przepustowości wejściowej/wyjściowej 800 Gb/s. Ta platforma zapewnia też większą przepustowość pamięci dzięki ośmiu kanałom na gniazdo procesora w porównaniu z sześcioma w poprzedniej generacji.

Wydajność bramy netElastic vBNG

Wersję 1.9.30 bramy netElastic vBNG z procesorami Xeon przetestowano na dwugniazdowym serwerze z dwoma procesorami Intel® Xeon® Platinum 8360Y (36 rdzeni, 2,4 GHz, TDP 250 W). W dodatku szczegółowo opisano pełną testową konfigurację sprzętu, systemu BIOS i oprogramowania.

Procesor Intel® Xeon® Platinum 8360Y z kartą sieciową Intel® Ethernet E810-2CQDA2 zapewnił dużą wydajność bramy netElastic vBNG skonfigurowanej dla 64 000 abonentów i 100 tras OSPF na serwer.

Nowa platforma osiągnęła przepustowość 770 Gb/s w przypadku dwugniazdowego serwera ze skalowanymi procesorami Intel® Xeon® trzeciej generacji.

Podsumowanie

W okresie pandemii Internet był bardziej istotny niż kiedykolwiek wcześniej, a natężenie ruchu internetowego związanego z pracą i nauką osiągnęło szczytowe wartości. Aby zapewnić rosnącą wymaganą przepustowość, dostawcy sieci szerokopasmowych zastępują sieci brzegowe z zastrzeżonym sprzętem skalowalnymi sieciami opartymi na oprogramowaniu.

Ten trend jest też ewidentny w przypadku bram BNG, a usługodawcy coraz częściej wdrażają wirtualne bramy BNG ze względu na ich lepszą skalowalność, wszechstronność i niższą cenę. Oprócz tych korzyści brama netElastic vBNG, uruchomiona na serwerze ze skalowalnymi procesorami Intel® Xeon® zgodnymi z najnowszym standardem, zapewniła znaczne większą wydajność (ostatnio 770 Gb/s).

Firmy Praction Networks i Softcom są przykładami dostawców sieci szerokopasmowych, którzy uzyskali lepszą skalowalność i ogromne oszczędności dzięki bramie netElastic vBNG i translacji CGNAT. Największą zaletą bramy netElastic vBNG z perspektywy usługodawców jest jej stabilność i duża wydajność umożliwiająca zapewnienie lepszej jakości usług dla klientów i zgodności z ich wymaganiami.

Szczegóły konfiguracji systemu:

STANDARD PODSTAWOWY: test przeprowadzony przez firmę Intel w dniu 13 grudnia 2021 roku.
Jeden węzeł, dwa procesory Intel® Xeon® Platinum 8360Y, 36 rdzeni, 2,4 GHz, TDP 250 W, funkcja HT włączona, funkcja Turbo wyłączona
Łączna pamięć 256 GB (16 gniazd / 16 GB / 3200 MHz)
BIOS: SE5C6200.86B.0020.P34.2107301450 (ucode: 0xd0002e0)
Red Hat 8.3 Jądro 4.18.0-240.10.1.el8_3.x86_64
Kompilator gcc 8.3.1 20191121 (Red Hat 8.3.1-5)