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25千兆與50千兆以太網(wǎng)：云級(jí)網(wǎng)絡(luò)更快更具經(jīng)濟(jì)效益的互聯(lián)路線圖

2015-04-07 19:51:33 未知

點(diǎn)擊關(guān)注->創(chuàng)芯網(wǎng)公眾號(hào)，后臺(tái)告知EETOP論壇用戶名，獎(jiǎng)勵(lì)200信元

近年來，人們一直都很關(guān)注以太網(wǎng)速度的發(fā)展。由于以太網(wǎng)速度的發(fā)展往往能夠引發(fā)以太網(wǎng)的快速變化并帶動(dòng)新技術(shù)的采購，網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商、消費(fèi)者、市場分析師和其他業(yè)界專家都對(duì)以太網(wǎng)的發(fā)展動(dòng)向保持著密切地跟蹤。

最近，云計(jì)算與可擴(kuò)展數(shù)據(jù)中心的興起正在推動(dòng)新一輪以太網(wǎng)速度的演變。更高的網(wǎng)絡(luò)性能需求不僅讓面向服務(wù)器的10千兆以太網(wǎng)端口在過去十年中獲得了爆炸性增長，還在最近推動(dòng)了40千兆以太網(wǎng)的部署，尤其是在數(shù)據(jù)中心的葉脊層的部署。據(jù)預(yù)測(cè)，40千兆以太網(wǎng)在2014年的部署量已超過250萬個(gè)端口。隨著大數(shù)據(jù)的不斷發(fā)展，虛擬機(jī)數(shù)量的持續(xù)增長，人們對(duì)云負(fù)載的需求也隨之上升。因此，在光纖成本允許的情況下，各大型云運(yùn)營商將選擇采用100千兆以太網(wǎng)架構(gòu)來替代原有的網(wǎng)絡(luò)脊層。

當(dāng)葉脊光鏈路遷移到100千兆以太網(wǎng)且CPU/存儲(chǔ)端點(diǎn)的需求高于10Gbps網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)，面向服務(wù)器和存儲(chǔ)的以太網(wǎng)下行鏈路將會(huì)發(fā)生何種變化？對(duì)于以布線成本為主要考慮因素的巨型數(shù)據(jù)中心（MSDC）來說，這些鏈路意味著需要最大數(shù)量的電纜部署。

目前，IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)將40千兆以太網(wǎng)定義為繼10千兆以太網(wǎng)之后新一代更高速的網(wǎng)絡(luò)連接。這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)指定了4條以10Gbps運(yùn)行的物理通道，用于實(shí)現(xiàn)鏈接伙伴之間的通訊。作為這項(xiàng)規(guī)范的基礎(chǔ)，服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)接口控制器（NIC）的物理通道數(shù)量增加了4倍，架頂式（TOR）交換機(jī)的銅芯線纜數(shù)量增加了4倍，交換機(jī)配備的串行器/解串器（SerDes）通道數(shù)量也增加了4倍。

40千兆以太網(wǎng)的性能是10千兆以太網(wǎng)的4倍，這就導(dǎo)致40千兆以太網(wǎng)所需的物理連接元件數(shù)量也增加了4倍。考慮到相應(yīng)的成本支出，對(duì)于各端點(diǎn)工作負(fù)載剛剛超過10Gbps閥值的數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商來說，40Gbps可能是大材小用了。

25千兆與50千兆以太網(wǎng)概況

在芯片技術(shù)已經(jīng)能夠支持100千兆以太網(wǎng)鏈接的今天，機(jī)架內(nèi)以太網(wǎng)連接也需要比40千兆以太網(wǎng)更好的解決方案。解決之道很可能就是25千兆以太網(wǎng)技術(shù)。與40千兆以太網(wǎng)相同，100千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（CAUI-4、100GBASE-CR4、100GBASE-SR4）也使用了4條物理通道來支持鏈接伙伴之間的通訊。由于4條通道的運(yùn)行速率都高于25Gbps，只要在100千兆的條件下運(yùn)用按通道拆分的原則，即可在服務(wù)器/存儲(chǔ)端點(diǎn)與TOR交換機(jī)之間支持多個(gè)25千兆以太網(wǎng)端口。

包括Arista Networks、博通、谷歌、微軟與Mellanox Technologies在內(nèi)的公司最近剛剛宣布成立一個(gè)聯(lián)盟，全力推進(jìn)全新的25千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，提升大型數(shù)據(jù)中心內(nèi)以太網(wǎng)的性能和電纜線路的效率。

具體來說，這個(gè)25千兆以太網(wǎng)聯(lián)盟提出了一個(gè)全新的25Gbps和50Gbps以太網(wǎng)規(guī)范，充分利用25Gbps芯片技術(shù)和現(xiàn)有的10/40/100Gbps IEEE標(biāo)準(zhǔn)，來定義TOR與NIC之間全新的高速下行鏈路端口。該規(guī)范目的是在10Gbps后，仍能以最具成本效益的方式提高服務(wù)器/存儲(chǔ)帶寬，并將數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的其他部分保持在最佳的100G上行鏈路之上。

該聯(lián)盟已將其25千兆與50千兆以太網(wǎng)規(guī)開放給了所有數(shù)據(jù)中心生態(tài)系統(tǒng)供應(yīng)商和消費(fèi)者，后者將幫助其創(chuàng)建和部署標(biāo)準(zhǔn)化且可互操作的規(guī)范，并被免除了版稅。

該聯(lián)盟由極具影響力的云技術(shù)公司組建而成。聯(lián)盟并非要重新定義以太網(wǎng)，而是希望從現(xiàn)有的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中推斷出機(jī)架級(jí)互聯(lián)的主要性能和成本優(yōu)化點(diǎn)，為網(wǎng)絡(luò)速度與數(shù)據(jù)中心輸入提供更好的路線圖。

在數(shù)量方面，相對(duì)于目前的10千兆或40千兆以太網(wǎng)連接，由“25千兆以太網(wǎng)聯(lián)盟”規(guī)范定義的25千兆和50千兆以太網(wǎng)鏈路能夠?qū)⒏鞔衅?解串器（SerDes）通道以及雙軸銅纜線纜的性能提升2.5倍。這樣的性能可將每單位帶寬的機(jī)架級(jí)互聯(lián)成本節(jié)約50%以上，顯著改善MSDC運(yùn)營商的盈虧水平。此外，該規(guī)范的實(shí)施還能夠拓寬網(wǎng)絡(luò)規(guī)模（通常被稱為基數(shù)），并且，相比40千兆以太網(wǎng)服務(wù)器到TOR連接，它能在機(jī)架內(nèi)支持更高的服務(wù)器密度。

用相同的低成本銅芯線纜獲得更快的性能與更高的基數(shù)

該規(guī)范規(guī)定：通過使用單一交換機(jī)/NIC SerDes通道，25千兆以太網(wǎng)鏈路所提供的帶寬相當(dāng)于目前使用2對(duì)雙軸銅纜SFP+直連式銅纜（DAC）的10Gbps鏈路所提供帶寬的2.5倍。通過使用2條以25Gbps運(yùn)行的交換機(jī)/NIC SerDes通道，50千兆以太網(wǎng)鏈路能夠提供比40千兆以太網(wǎng)鏈路多25%的帶寬。此外，和目前的QSFP+DAC布線相比，規(guī)范中僅使用了一半數(shù)量（4條）的雙軸銅纜。當(dāng)各通道速率為25Gbps時(shí)，交換機(jī)與NIC芯片運(yùn)行速度將變得更快，而功耗只會(huì)有略微的上升。然而，在帶寬實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化后，成本與功耗方面的優(yōu)勢(shì)將會(huì)更加明顯。

在機(jī)架端點(diǎn)，基于25Gbps芯片技術(shù)的新一代NIC能夠從TOR交換機(jī)為服務(wù)器/存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)提供1個(gè)或2個(gè)25/50千兆以太網(wǎng)端口。在TOR的前面板上，簡潔的SFP28型連接器和3米DAC銅纜能夠用于25G下行鏈路，QSFP28端口能夠用于上行鏈路。另外，QSFP28 4x25G接口可以橫置于整個(gè)交換機(jī)前面板之上。通過這種方式，用戶完全可以對(duì)服務(wù)器下行鏈路與100G網(wǎng)絡(luò)上行鏈路的分配進(jìn)行配置，并使用DAC分接布線靈活地為端點(diǎn)提供25G（1條通道）或50G（2條通道）以太網(wǎng)端口。布線拓?fù)渑c目前配有SFP+與QSFP+的高密度交換機(jī)拓?fù)浠旧鲜窍嗤摹Ｓ捎?5Gbps與50Gbps以太網(wǎng)的機(jī)架級(jí)互聯(lián)可以通過采用低成本的2對(duì)或4對(duì)雙軸銅纜來實(shí)現(xiàn)，運(yùn)營商得以獲得最具優(yōu)勢(shì)的布線成本。

將QSFP28 4x25G接口分接到符合業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的25G與50千兆以太網(wǎng)端口還能帶來另一個(gè)優(yōu)勢(shì)，即能夠在有限的1U前面板尺寸限制下，將TOR交換機(jī)的端口密度最大化。目前業(yè)界所部署的1U TOR交換機(jī)帶有各種可插的QSFP+機(jī)箱，最多可支持32個(gè)40千兆以太網(wǎng)端口。通過將這些接口遷移至具有通道拆分能力的QSFP28，1U TOR交換機(jī)面板上將能夠支持更高的25千兆與50千兆以太網(wǎng)端口密度，并且能夠與目前所部屬的具有最高服務(wù)器密度的機(jī)架實(shí)現(xiàn)連接。

MSDC運(yùn)營商通常需要處理超大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量，他們根據(jù)精心規(guī)劃的技術(shù)路線圖來建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，以達(dá)到性能與資本支出和運(yùn)營支出控制上的優(yōu)化擴(kuò)展。“25千兆以太網(wǎng)聯(lián)盟”的成員認(rèn)為，只有打破以前構(gòu)建的10/40/100千兆以太網(wǎng)互聯(lián)路線圖，才能保證數(shù)據(jù)中心接入層的傳輸。該聯(lián)盟目前致力于在云架構(gòu)上把廣泛部署的25千兆與50千兆以太網(wǎng)端口與100千兆以太網(wǎng)結(jié)合起來。這將有望成為以太網(wǎng)性能-成本曲線上的新一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。