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40G以太網(wǎng)的部署理由及市場(chǎng)潛力

發(fā)布日期:2022-07-15 點(diǎn)擊率:44

al" style="display: block;">        40G以太網(wǎng)正成為不可阻擋的商業(yè)趨勢(shì)。雖然10G以太網(wǎng)仍被廣泛運(yùn)用于數(shù)據(jù)中心,但CIO和IT經(jīng)理們必須提前考慮未來需求(參見圖 1):高帶寬應(yīng)用,例如服務(wù)器虛擬化和云計(jì)算、數(shù)據(jù)中心光纖整合、以及最終用戶對(duì)于更高性能計(jì)算的需求。對(duì)更快的數(shù)據(jù)傳輸速率的需求將不斷增長(zhǎng)并對(duì)網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)效率和OPEX成本帶來重要意義。

圖1:驅(qū)動(dòng)高速以太網(wǎng)需求的當(dāng)前趨勢(shì)

  2010年6月,IEEE適時(shí)行動(dòng),正式采納了IEEE標(biāo)準(zhǔn) ,為40G以太網(wǎng)和100G以太網(wǎng)的發(fā)展鋪平了道路。隨著速度的提升,網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)⑿掳l(fā)現(xiàn)的10G以太網(wǎng) 資源移動(dòng)到接入層,讓更強(qiáng)大的40G以太網(wǎng)設(shè)備處理聚合層及核心層的流量。分析師的預(yù)測(cè)和原始設(shè)備制造商的全力開發(fā)說明,40G以太網(wǎng)必將成為 IT 環(huán)境不可或缺的一部分,剩下的只是時(shí)間和方式問題。

  本文將分析40G以太網(wǎng)的未來發(fā)展以及它對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的影響,并為IT經(jīng)理解釋遷移到新的標(biāo)準(zhǔn)需要哪些準(zhǔn)備工作。

  40G以太網(wǎng)的商業(yè)現(xiàn)狀

  自1980年2月IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)成立之時(shí)起,以太網(wǎng)在各個(gè)層面中的輸送速度有了顯著提升,間隔時(shí)間卻大幅縮短。現(xiàn)在,IEEE已經(jīng)采納了,為40G以太網(wǎng)和100G以太網(wǎng)鋪平了道路。

圖 2:代表前沿部署趨勢(shì);大面積市場(chǎng)部署通常晚幾年

  如圖2所示,接入層內(nèi)的I/O數(shù)據(jù)傳輸速率每24個(gè)月翻一倍,而核心層傳輸速率大約每18個(gè)月翻一倍。40G以太網(wǎng)背后的主要驅(qū)動(dòng)力是新一代高速、高需求計(jì)算應(yīng)用和技術(shù),其中包括虛擬服務(wù)器和云計(jì)算的擴(kuò)展部署。截至 2009 年末,將近有五分之一的新服務(wù)器中實(shí)現(xiàn)虛擬化。同時(shí),經(jīng)濟(jì)形勢(shì)帶來的財(cái)務(wù)壓力也讓網(wǎng)絡(luò)不得不尋找整合資源的方法,以便降低 OPEX 和總體擁有成本。

圖 3:40G以太網(wǎng)和100G以太網(wǎng)的多模和單模實(shí)施成本

  多模光纜40G以太網(wǎng)擁有四倍容量,且可經(jīng)濟(jì)地遷移至100G以太網(wǎng)(參見圖 3),顯然是數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的下一目標(biāo)。考慮到迫切程度的增加以及價(jià)格的降低等因素,市場(chǎng)調(diào)研公司 Dell'Oro 集團(tuán)的分析師認(rèn)為,到 2013年,40Gbps光纜市場(chǎng)的成交金額將達(dá)到145億美元。

  IT經(jīng)理是否應(yīng)暫緩部署40G以太網(wǎng)技術(shù)而等待100G以太網(wǎng)面市有一些爭(zhēng)論,但鑒于40G以太網(wǎng)的設(shè)計(jì)靈活性和相對(duì)100G以太網(wǎng)的成本優(yōu)勢(shì),這一問題很快沉寂。目前,40G以太網(wǎng)可以有效地部署在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的聚合鏈路內(nèi)。到 2016 年,40G以太網(wǎng)還將普遍應(yīng)用于接入鏈路,實(shí)現(xiàn)圖4所示的服務(wù)器連接。作為40G以太網(wǎng)的補(bǔ)充,100G以太網(wǎng)更適合電信服務(wù)提供商和數(shù)據(jù)中心核心鏈路。

  對(duì)于有意保持競(jìng)爭(zhēng)力的IT經(jīng)理和CIO來說,40G以太網(wǎng)是增加所需帶寬的最佳選擇,但如果規(guī)劃不當(dāng),網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商在面臨升級(jí)需求時(shí)可能措手不及。

  本文詳細(xì)說明了全面評(píng)估、規(guī)劃和指定40G以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)的過程。如圖4所示,雖然距離40G以太網(wǎng)大面積普及尚需數(shù)年,但I(xiàn)T經(jīng)理和CIO最好馬上著手遷移規(guī)劃。

  40G以太網(wǎng):詳細(xì)情況

  40G以太網(wǎng)和100G以太網(wǎng)是由IEEE 工作小組開發(fā)的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),支持每秒40和100Gb的以太網(wǎng)幀傳送,同時(shí)確立了通過主干網(wǎng)絡(luò)、銅纜布線、多模光纜和單模光纜通信的物理層規(guī)范。40G以太網(wǎng)/100G以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的正式開發(fā)始于2008年1月,2010年6月正式獲得批準(zhǔn)。

  40G以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的核心是一對(duì)經(jīng)電纜(比如OM4或OM3光纜)連接的收發(fā)器。收發(fā)器繼而插入網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器或各種組件,如網(wǎng)絡(luò)接口卡和交換機(jī)等。

圖 5:針對(duì)第 1 代部署規(guī)劃的收發(fā)器尺寸

  收發(fā)器:40G以太網(wǎng)收發(fā)器(圖5)是按照幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸開發(fā)的。CFP(C型可插入)收發(fā)器擁有12個(gè)10Gb/s發(fā)射通道和12個(gè)10Gb/s 接收通道,只支持一個(gè)100G以太網(wǎng) 端口或最多三個(gè)40G以太網(wǎng)端口。其尺寸較大,適合單模光纜,也可輕松地匹配多模光纜或銅纜。CXP尺寸的收發(fā)器也在每個(gè)方向上提供12個(gè)通道,但比CFP小很多,適合多模光纜和銅纜。QSFP(四通道小型可插入)與CXP尺寸相當(dāng),提供4個(gè)發(fā)射通道和4個(gè)接收通道,支持目前的40G以太網(wǎng)多模光纜和銅纜應(yīng)用,未來也可能支持單模應(yīng)用。QSFP還可能在通道速率增至25Gb/s后投入100GE 應(yīng)用。

圖 6:10G以太網(wǎng)和 40/100G以太網(wǎng)的布線選擇

  電纜和連接件:如圖6所示,光纜和銅纜均可用于40G以太網(wǎng)布線。可支持的信道長(zhǎng)度取決于電纜和收發(fā)器類型。關(guān)于連接件, 標(biāo)準(zhǔn)中唯一明確指出的變化是在多模收發(fā)器上使用MPO型連接器,以便支持多芯并行光纖信道。

  對(duì)于在40G或100G下運(yùn)行的數(shù)據(jù)中心環(huán)境,通常推薦OM3和OM4多模光纜布線,兩者的距離支持比銅纜解決方案更廣泛的部署配置,且成本低于單模光纜解決方案。

圖 7:多模光纜10/40/100G以太網(wǎng)的以太網(wǎng)信道配線布局

  IEEE 802.3以太網(wǎng)信道布局

  并行光纖的使用

  以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)傳統(tǒng)上依靠雙工光纖布線,每個(gè)信道有一條光纖負(fù)責(zé)發(fā)射,另一條負(fù)責(zé)接收。但標(biāo)準(zhǔn)要求每個(gè)信道有多個(gè)流量通道。因此,40/100G以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)使用了圖7中所示的并行光纖。40G以太網(wǎng)規(guī)范提倡12芯光纜布線解決方案,每個(gè)信道擁有4條專用發(fā)射光纖和4條專用接收光纖。中間四條光纖保持閑置。100G以太網(wǎng)解決方案規(guī)定使用24條光纖,分為兩個(gè)12芯陣列,一個(gè)陣列專用于發(fā)射,另一陣列專用于接收。每個(gè)陣列中,中間10條光纖用于傳輸流量,而兩端2條光纖閑置。

  上圖說明了100G以太網(wǎng)的幾種不同接口,其中首選方案是單個(gè)24芯MPO連接件,或者也可用兩個(gè)12芯連接件構(gòu)成信道,連接件垂直或并排配置。

  40G以太網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)中的部署

  新的40G以太網(wǎng)技術(shù)首先可能部署在數(shù)據(jù)中心內(nèi),如圖8所示。這有助于打破接入交換機(jī)與配線交換機(jī)連接層面上的瓶頸。

  Dell'Oro集團(tuán)以太網(wǎng)交換機(jī)和企業(yè)電話市場(chǎng)調(diào)查部門主管Alan Weckel 表示:"隨著企業(yè)開始在布線機(jī)柜內(nèi)部署客戶端交換機(jī)10G以太網(wǎng)上行鏈路,以及 10G以太網(wǎng)直接服務(wù)器連接,這些鏈路的聚合將形成網(wǎng)絡(luò)瓶頸,直到更高速度普及后才能打破。"

圖 8:整個(gè)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中的40/100G以太網(wǎng)部署

  Weckel 解釋道:“例如,目前企業(yè)必須部署復(fù)雜的胖樹或生成樹架構(gòu)來聚合10G以太網(wǎng),聚合器和被聚合端使用相同速度。我們相信,40G以太網(wǎng)和100G以太網(wǎng)對(duì)滿足數(shù)據(jù)中心不斷增加的帶寬需求至關(guān)重要。”

  40G以太網(wǎng)最有吸引力的一大特點(diǎn)是應(yīng)用的廣泛性和設(shè)計(jì)的靈活性。考慮到生產(chǎn)效率的提升和OPEX的降低,正確遷移到40G以太網(wǎng)將帶來可觀的成本效益。

  在遷移到40G以太網(wǎng)時(shí),一些網(wǎng)絡(luò)可以繼續(xù)使用目前的10G以太網(wǎng)交換機(jī)底盤,僅需升級(jí)線路卡和收發(fā)器。部署CFP尺寸收發(fā)器后,可以靈活地從40G以太網(wǎng)遷移至100G以太網(wǎng)。

  布線方面,OM3或OM4光纜最適合40G以太網(wǎng)或100G以太網(wǎng)數(shù)據(jù)中心環(huán)境,兩者主要差異在于最大跨距。在10G以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中,OM3光纜的最大跨度可達(dá)300米,而OM4支持更長(zhǎng)的信道。在40G以太網(wǎng)或100G以太網(wǎng)環(huán)境中,按IEEE802標(biāo)準(zhǔn),OM3的最長(zhǎng)跨度可達(dá)100米,OM4 則為150米。對(duì)于接近150米的應(yīng)用,電纜應(yīng)通過低損耗連接件端接。

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