構建萬兆以太網絡
許多數據中心仍然在使用千兆以太網(1 Gbps或者1 GigE)作為筆記本電腦、臺式機、文件服務器和應用服務器間的常用局域網(LAN)通信方式。但許多應用服務器和文件服務器通過使用多個千兆以太網網卡(NIC)以獲得更高的帶寬。在這些服務器上看到四個、六個或者八個千兆以太網接口的情況并不少見。有些端口是用于管理功能的,其余的是專門用于網絡傳輸的,包括對于文件或者塊存儲流量的傳輸。當然,隨著虛擬化技術的普及,未來將需要更多的網絡帶寬。
事實上,解決之道已經潛伏在數據中心很多年了,這就是萬兆以太網(10GigE)。就像它的名字所表現出來的一樣,這種技術比千兆以太網快十倍,而且事實上早在2002年的時候,它就被作為標準提了出來。然而,其價格也在很長的一段時間里太昂貴了,以至于早些年只限制使用在數據中心的核心網絡,而這兒是可以承受其性價比的合理性的。最初,萬兆網主要用于交換機和交換機之間的干線網絡連接。早期的萬兆網實施也需要使用不同的光纖或者專用的銅纜和接頭技術。多年以來,萬兆網一直不能使用與千兆網和更低速以太網相同的常用線纜。

萬兆以太網的廣泛應用
然而,最近幾年,萬兆以太網不僅僅在網絡交換機,而且在應用服務器上也得到了快速的增長。盡管還是有點兒昂貴,但萬兆以太網技術的每端口價格已經降到了更多企業所能承受的范圍。最近兩三年出產的許多刀片服務器都在其刀箱上包含了兩到三個萬兆以太網接口,用以提升整個刀箱的總吞吐帶寬。最近,隨著基于銅纜的萬兆以太網(10BASE-T)技術的出現,使得萬兆以太網技術的線纜和連接器與現有千兆以太網的超五類和六類線纜更加相似了。
服務器,固態技術的普及
在 2012年初,另外一個事件的發生刺激了萬兆以太網的采用。主流的服務器廠商推出了新的服務器,這是一種基于Intel最新處理器(Intel Xeon E5系列,原名為“Romley”),直接在主板或附近的子板上采用了萬兆以太網連接的服務器。通過在單獨服務器上提供萬兆以太網接口的出廠選項,過渡到萬兆以太網將會更加容易,同時會吸引大量的用戶來采用該技術。
除了服務器虛擬化技術驅動了對于網絡帶寬的更大需求,固態存儲或者固態硬盤(SSD)技術也提升了CPU和網絡的應用。由于各種類型的SSD的廣泛部署,存儲性能(通常是IT基礎架構中性能最低的部分)正在提升,這導致了其它技術的連鎖反應。我們已經看到在Demartek實驗室進行的SSD和萬兆以太網結合的測試效果很好。
由于所有這些因素,一些業內人士對在未來三、四年萬兆以太網網絡市場的增長有著相當強的預期。在Demartek實驗室,我們正在進行的越來越多的有關服務器、存儲硬件和軟件的測試,都要求或優先選擇萬兆以太網。
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萬兆以太網端口
萬兆以太網的優勢之一,就是它可以用與千兆以太網相同的外形接口,獲得十倍的帶寬。這適用于交換機端口和主機適配器端口。例如,在一臺主機服務器上,如果需要八個千兆以太網網卡接口,可以使用兩個四口網卡、四個雙口網卡或者八個單口網卡。這會占用兩個、四個或者八個服務器I/O插槽,而且導致有八條線纜從服務器出來。有些情況可以這么做,但并不是所有服務器都有這么多的插槽,有些服務器I/O插槽需要用作其他目的,例如RAID控制器、光纖通道主機總線適配器(HBA卡)、PCI Express(PCIe)SSD等等。如果使用萬兆以太網端口,用一塊雙口萬兆以太網卡,一個端口就能提供達到八個千兆以太網接口的帶寬,而還剩一個用于故障切換或者其他管理目的。這只會占用一個I/O插槽,釋放了I/O插槽,同時也減少了電能消耗。而且不再需要兩條以上的線纜了。此外,相同的雙端口萬兆以太網卡可以安裝在更小的服務器上,例如只有兩個插槽的1U高的服務器,仍然可以提供充足的網絡帶寬。
雙端口萬兆以太網卡需要一個PCIe 2.0 x8插槽,以保證在全雙工模式下的最大帶寬。一些雙端口萬兆以太網卡支持PCIe 1.0 x16插槽。單端口萬兆以太網卡可以工作在PCIe 1.0 x8插槽或者PCIe 2.0 x4插槽。雙端口萬兆以太網卡不需要PCIe 3.0插槽,而真正的PCIe 3.0以太網適配器可能在2012年末或2013年都無法使用。
萬兆以太網適配器
萬兆以太網適配器可以提供額外的功能。來自多個適配器廠商的各種版本的產品具有TCP/IP卸載引擎(TOE)、iSCSI卸載、基于以太網的光纖通道協議(FCoE)等上述某個或全部的功能。在某些情況下,這些功能可以提升性能,并且在大多數情況下,可以通過把這些功能降級到適配器上執行,以降低對主機CPU的占用。同時支持TCP/IP、iSCSI以及FCoE的適配器叫做聚合網絡適配器(CAN),而且可在同一時間同一線路上提供有趣的混合流量。這個功能需要交換機的數據中心橋接(DCB)。Demartek實驗室已經發布了大量關于其如何工作以及在實驗室得出的測試結果。
大多數以太網交換機廠商提供的萬兆以太網交換機都具有大量的接口數量,并且其中一些支持DCB功能。一些交換機具有同時支持千兆和萬兆以太網的端口,兩者使用相同的接口連接器。如果你的交換機端口的收發器或連接器支持兩種速度,這可以幫助平滑過渡到萬兆以太網。
連接器和線纜
萬兆以太網通常使用兩種基本的連接器和線纜。最常用的是SFP接口,可用于光纖線纜或者銅纜。光纖線纜包括OM3、OM4或OS1。目前推薦使用OM4作為萬兆以太網的多模光纖線纜,而OM3是最起碼的要求。OS1用于10公里或者6.2英里以上的長距離。SFP接頭在一個機柜內部或者臨近的幾個機柜之間也可以使用銅纜連接。

另外一種引起極大關注的萬兆以太網類型是10GBASE-T。這種類型的線纜不能直接連接SFP,而是使用類似RJ45的接頭。10GBASE-T推薦使用超6類或者7類線纜,如果小于55米,也可以使用6類線纜。萬兆以太網不推薦使用超5類線纜。適配器廠商正在為其萬兆以太網適配器提供SFP或者 10GBASE-T接口。
主流的萬兆交換機支持SFP接口的收發器,而大量支持10GBASE-T的萬兆交換機正在不斷涌現。10BASE-T產品已經落后SFP產品很多年了,但10GBASE-T預期會更加快速的得到接受。某些交換機開始同時支持SFP接口和10GBASE-T接口。
一條更寬的線纜
萬兆以太網可以傳送更多的網絡“沖擊”,同時占用較少的服務器I/O插槽以及使用更少的線纜。萬兆以太網交換機為將網絡整合成更加簡單的架構和更加簡單的拓撲提供了機會,因為大量的千兆以太網端口可合成萬兆端口以提供更高的總體帶寬。