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40G以太網的部署理由及市場潛力

發布日期:2022-07-15 點擊率:43

al" style="display: block;">        40G以太網正成為不可阻擋的商業趨勢。雖然10G以太網仍被廣泛運用于數據中心,但CIO和IT經理們必須提前考慮未來需求(參見圖 1):高帶寬應用,例如服務器虛擬化和云計算、數據中心光纖整合、以及最終用戶對于更高性能計算的需求。對更快的數據傳輸速率的需求將不斷增長并對網絡生產效率和OPEX成本帶來重要意義。

圖1:驅動高速以太網需求的當前趨勢

  2010年6月,IEEE適時行動,正式采納了IEEE標準 ,為40G以太網和100G以太網的發展鋪平了道路。隨著速度的提升,網絡能夠將新發現的10G以太網 資源移動到接入層,讓更強大的40G以太網設備處理聚合層及核心層的流量。分析師的預測和原始設備制造商的全力開發說明,40G以太網必將成為 IT 環境不可或缺的一部分,剩下的只是時間和方式問題。

  本文將分析40G以太網的未來發展以及它對網絡架構的影響,并為IT經理解釋遷移到新的標準需要哪些準備工作。

  40G以太網的商業現狀

  自1980年2月IEEE 802標準委員會成立之時起,以太網在各個層面中的輸送速度有了顯著提升,間隔時間卻大幅縮短。現在,IEEE已經采納了,為40G以太網和100G以太網鋪平了道路。

圖 2:代表前沿部署趨勢;大面積市場部署通常晚幾年

  如圖2所示,接入層內的I/O數據傳輸速率每24個月翻一倍,而核心層傳輸速率大約每18個月翻一倍。40G以太網背后的主要驅動力是新一代高速、高需求計算應用和技術,其中包括虛擬服務器和云計算的擴展部署。截至 2009 年末,將近有五分之一的新服務器中實現虛擬化。同時,經濟形勢帶來的財務壓力也讓網絡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以太網和100G以太網的多模和單模實施成本

  多模光纜40G以太網擁有四倍容量,且可經濟地遷移至100G以太網(參見圖 3),顯然是數據網絡發展的下一目標。考慮到迫切程度的增加以及價格的降低等因素,市場調研公司 Dell'Oro 集團的分析師認為,到 2013年,40Gbps光纜市場的成交金額將達到145億美元。

  IT經理是否應暫緩部署40G以太網技術而等待100G以太網面市有一些爭論,但鑒于40G以太網的設計靈活性和相對100G以太網的成本優勢,這一問題很快沉寂。目前,40G以太網可以有效地部署在數據中心網絡的聚合鏈路內。到 2016 年,40G以太網還將普遍應用于接入鏈路,實現圖4所示的服務器連接。作為40G以太網的補充,100G以太網更適合電信服務提供商和數據中心核心鏈路。

  對于有意保持競爭力的IT經理和CIO來說,40G以太網是增加所需帶寬的最佳選擇,但如果規劃不當,網絡運營商在面臨升級需求時可能措手不及。

  本文詳細說明了全面評估、規劃和指定40G以太網網絡升級的過程。如圖4所示,雖然距離40G以太網大面積普及尚需數年,但IT經理和CIO最好馬上著手遷移規劃。

  40G以太網:詳細情況

  40G以太網和100G以太網是由IEEE 工作小組開發的以太網標準,支持每秒40和100Gb的以太網幀傳送,同時確立了通過主干網絡、銅纜布線、多模光纜和單模光纜通信的物理層規范。40G以太網/100G以太網標準的正式開發始于2008年1月,2010年6月正式獲得批準。

  40G以太網網絡層的核心是一對經電纜(比如OM4或OM3光纜)連接的收發器。收發器繼而插入網絡服務器或各種組件,如網絡接口卡和交換機等。

圖 5:針對第 1 代部署規劃的收發器尺寸

  收發器:40G以太網收發器(圖5)是按照幾個標準尺寸開發的。CFP(C型可插入)收發器擁有12個10Gb/s發射通道和12個10Gb/s 接收通道,只支持一個100G以太網 端口或最多三個40G以太網端口。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尺寸的收發器也在每個方向上提供12個通道,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,提供4個發射通道和4個接收通道,支持目前的40G以太網多模光纜和銅纜應用,未來也可能支持單模應用。QSFP還可能在通道速率增至25Gb/s后投入100GE 應用。

圖 6:10G以太網和 40/100G以太網的布線選擇

  電纜和連接件:如圖6所示,光纜和銅纜均可用于40G以太網布線。可支持的信道長度取決于電纜和收發器類型。關于連接件, 標準中唯一明確指出的變化是在多模收發器上使用MPO型連接器,以便支持多芯并行光纖信道。

  對于在40G或100G下運行的數據中心環境,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以太網的以太網信道配線布局

  IEEE 802.3以太網信道布局

  并行光纖的使用

  以太網標準傳統上依靠雙工光纖布線,每個信道有一條光纖負責發射,另一條負責接收。但標準要求每個信道有多個流量通道。因此,40/100G以太網標準使用了圖7中所示的并行光纖。40G以太網規范提倡12芯光纜布線解決方案,每個信道擁有4條專用發射光纖和4條專用接收光纖。中間四條光纖保持閑置。100G以太網解決方案規定使用24條光纖,分為兩個12芯陣列,一個陣列專用于發射,另一陣列專用于接收。每個陣列中,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以太網的幾種不同接口,其中首選方案是單個24芯MPO連接件,或者也可用兩個12芯連接件構成信道,連接件垂直或并排配置。

  40G以太網在網絡中的部署

  新的40G以太網技術首先可能部署在數據中心內,如圖8所示。這有助于打破接入交換機與配線交換機連接層面上的瓶頸。

  Dell'Oro集團以太網交換機和企業電話市場調查部門主管Alan Weckel 表示:"隨著企業開始在布線機柜內部署客戶端交換機10G以太網上行鏈路,以及 10G以太網直接服務器連接,這些鏈路的聚合將形成網絡瓶頸,直到更高速度普及后才能打破。"

圖 8:整個數據中心網絡中的40/100G以太網部署

  Weckel 解釋道:“例如,目前企業必須部署復雜的胖樹或生成樹架構來聚合10G以太網,聚合器和被聚合端使用相同速度。我們相信,40G以太網和100G以太網對滿足數據中心不斷增加的帶寬需求至關重要。”

  40G以太網最有吸引力的一大特點是應用的廣泛性和設計的靈活性。考慮到生產效率的提升和OPEX的降低,正確遷移到40G以太網將帶來可觀的成本效益。

  在遷移到40G以太網時,一些網絡可以繼續使用目前的10G以太網交換機底盤,僅需升級線路卡和收發器。部署CFP尺寸收發器后,可以靈活地從40G以太網遷移至100G以太網。

  布線方面,OM3或OM4光纜最適合40G以太網或100G以太網數據中心環境,兩者主要差異在于最大跨距。在10G以太網網絡中,OM3光纜的最大跨度可達300米,而OM4支持更長的信道。在40G以太網或100G以太網環境中,按IEEE802標準,OM3的最長跨度可達100米,OM4 則為150米。對于接近150米的應用,電纜應通過低損耗連接件端接。

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