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后Romley时代 10Gbps服务器路在前方(1)

在过去十年中,千兆以太网一直是占主导地位的服务器网络选择。自21世纪初以来,超过2亿个的1Gbps服务器端口出货量足以证明这一点。然而,随着英特尔推出新的Romley服务器平台,虚拟化的快速普及,以及大数据等技术的出现,都推动着我们迁移到万兆以太网。

科技云报道原创。

随着云计算、大数据、移动互联网和智慧城市的兴起,互联网数据流量呈爆发式增长趋势,运营商亟需将现有的数据中心升级到云数据中心,以提供更加灵活的业务和应用支撑。当前的数据中心主要是基于10G以太网架构,为了能够处理不断增大的数据负载,这些数据中心必须通过增加与现有基础设施并行的带宽能力实现扩展。有趣的是,相比较广为人知的10Gbit/s→40Gbit/s→100Gbit/s的升级路线,如今运营商更倾向于选择10Gbit/s→25Gbit/s→100Gbit/s的演进路径。25G何以能够取代40G成为10G的接力棒?

这种迁移最终将推动以太网交换机的更新,并将在未来五年内为供应商创造估计500亿美元的收入,然而,10Gbps的过渡一直很缓慢,它与1Gbps走的不同的路径。

近年来,数据中心以太网交换机发展十分强劲,公共云、私有云和混合云的客户在以太网交换机方面支出庞大。根据Crehan
Research公司的统计,2016年品牌数据中心以太网交换机销售超过100亿美元,创下了自2013年以来最强劲的市场增长速度。其中40GbE和100GbE交换机是主要的市场动力,总收入超过十亿美元。

回顾以太网标准的发展历程,40G和100G标准早就“珠玉在前”,于2010年前后就已推出。而25G标准则直到近几年才逐渐成熟。2014年IEEE(电气和电子工程师协会)成立了IEEE802.3by工作组,2016年7月,IEEE正式公布了其采用IEEE802.3bj定义的100Gbit/s(4通道25Gbit/s)以太网技术,定义了长达100m的多模光纤25Gbit/s以太网传输规范,同时也推出了单模光纤25Gbit/s以太网的规范。从IEEE继40G和100G之后反而推出25G标准这一现象,我们也可以推断,25GbE技术必然有着独特的“魅力”。

本文将介绍10Gbps服务器迁移当前的状态,并探讨影响这种迁移的因素。然后,我们将讨论促进迁移的催化剂以及10Gbps成为主流服务器网络选择的最佳时机。

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图1:以太网标准的发展历程

10Gbps的服务器迁移:我们在哪里?

自2000年首次亮相以来,10G以太网交换机今年首次损失市场份额。这是因为服务提供商和超大规模客户逐渐开始部署更快的带宽40G和100G交换机。从2016年下半年起,40GbE数据中心开支出现下滑,全年的100GbE支出持续增长。

实际上,只要将25G和40G标准进行简单比对,我们也同样可以得出25G演进路径优于40G升级路线的判断。一方面,虽然可以通过聚合四个10GbE物理通道来实现40G,或聚合10个10GbE通道以运行100G速度,但这些解决方案相比25G更昂贵而且功耗更高。另一方面,相比10G,25G方案具有增强计算和存储效率的优点,能够提供带宽更高、速度更快的连接,并且可运行两个25G通道实现50G,或运行四个通道实现100G,当过渡到下一代网络时,其资本和运营支出要相对均衡一些。更重要的是,25GbE是向后兼容的,可以与10G通信,因此添加新服务器后,仍可与现有的网络设备一起工作,有助于网络运营商更便捷地扩建其数据中心。由于存在上述显著优势,25G方案一跃成为10G接力棒的趋势也就存在非常大的合理性了。

五年多以来,10Gbps服务器网络端口的出货量并不是很可观。我们预计在2012年中期,10Gbps端口被集成到不到20%的服务器中,而1Gbps端口普及率已经超过50%。为什么10Gbps的迁移速度这么慢?我们认为这主要取决于以下五个因素:

IDC数据中心网络研究主管Brad
Casemore表示,转向更高带宽GbE交换机是受超大规模云计算和电信运营商推动,他们需要更快更有效的设备用于其大规模数据中心。

目前业界内适合25G以太网的光模块主要有两种封装样式,即SFP28(1x25Gbps)和QSFP28(4x25Gbps)。其中,SFP28光模块是基于SFP+的封装形式,能够提供25Gb/s的无误码传输,在超四类多模光纤中传输距离可达到100米,并且能够应用于高密度的25G以太网交换机和网路接口中,从而为运营商升级10G以太网提供性价比更高的解决方案。而QSFP28光模块则能够提供4个25Gbps的高速率信号通道,并应用于高密度的25G以太网交换机和网路接口中,为数据中心进一步向100Gbps以太网(4x25Gbps)演进提供了平滑升级的可能。

• 价格太高:
从典型的数据中心部署的情况来看,只有当服务器需要超过5个1Gbps连接(如图1所示),将服务器连接到10Gbps以太网才能够提供优于1Gbps的价格优势。然而,存在一个问题,这些情况都是假设10Gbps以太网交换机位于核心。40Gbps和100Gbps速度的使用(目前尚未广泛使用)可能会是价格的转向点。

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图2:芯科通信SFP28 25G SR光模块

• 10G Base-T还没有准备好: 10G
Base-T技术允许10Gbps以太网在双绞线上运行,但目前该技术还不能提供足够低的功耗和延迟性。例如,目前10G
Base-T功耗约为10米距离每端口2.0瓦,而如果使用1G
Base-T的话,我们相信只需要小于1.0瓦。另一种技术SFP+DAC(直连式铜)被用来克服10G
Base-T的问题,但对于大规模部署,这种技术非常昂贵。

灵活性、可用性、经济性 以太网交换机三大考量因素

图3:芯科通信SFP28 25G LR光模块

• 人们对1Gbps的持续兴趣:
对于想要隔离某种类型的流量(例如管理)以确保更好的带宽控制或者安全性的IT经理而言,1Gbps速度仍然非常具有吸引力。我们观察到,很多基于
Romley的服务器产品(来自惠普、IBM和戴尔)都是集成了四端口1Gbps连接或者混合两个端口1Gbps和两个端口10Gbps,这表明客户对
1Gbps仍然保持着兴趣。

现在100GbE进入快速发展时期,正在取代传统的40GbE基础设施。从整个市场来看,目前仍处于向100GbE转型的初级阶段。私有云、企业和运营商网络还没有规模采用,标准服务器上行链路对100GbE连接也没有直接的需求。

芯科通信长期深耕光模块的研发和生产,所推出的SFP28 25G SR、SFP28 25G
LR系列光模块是目前业界成熟的25G光模块产品,能够满足运营商客户升级数据中心的多种需求。

•协议选择:
IT经理们仍然在评估10Gbps光纤通道以太网(FcoE)以融合其存储区域网络(SAN)和以太网流量,这可能会延迟10Gbps的采购。

在交换机方案的选择上,数据中心的运营者们会寻找灵活的解决方案,满足他们的吞吐量需求,并降低每位传输成本。许多商用以太网交换机ASIC都针对吞吐量或灵活性进行了优化,从中取得性能的平衡。