數據中心和400G以太網的未來發展
2012年7月,IEEE 802.3帶寬評估特別小組公布了IEEE 802.3行業連接以太網帶寬評估( Industry Connections Ethernet Bandwidth Assessment)報告。這份報告是該小組用一年時間對未來以太網有線帶寬需求的研究結果。根據這份報告預測:在2015年,平均而言,網絡面臨的容量需求將是2010年的10倍,或者說兆位容量。到2020年,這個需求將增加到2010年的100倍,或者說10Tb容量。
以太網聯盟主席、IEEE 802.3 400G以太網研究組主席John D'Ambrosia
在40G以太網和100G以太網標準正式批準的三年后,面對用戶對帶寬“貪得無厭的胃口”,該行業又再次要求IEEE推出下一個以太網標準。在2013年4月2日,IEEE宣布成立400G以太網研究小組。
創建和消費的內容(無論是個人還是商業用途)的傳輸持續在增長,導致整體容量呈指數增長。毫無疑問,數據中心處于這種帶寬“海嘯”的中心地帶,并且隨著時間的推移,這場風暴仍將繼續擴大。從急劇增加的訪問互聯網的設備,到不斷增長的服務器和存儲速率,到數據中心架構的地理扁平化,再到創造這些網頁的數據庫,***到內容本身(特別是視頻),數據中心見證著這場颶風的強度不斷在增加,并將永無止境。
數據中心是推動“云”的引擎,而云能夠讓消費者和企業從任何位置訪問數據和應用程序。根據預測,用戶數量將從2010年的19億增加到2015年的30億用戶,使用將近150億聯網設備,這種對云資源的訪問將非常巨大。對于數據中心網絡架構師而言,這是一個巨大的挑戰,他們需要構建一個架構既能滿足現在的需求,又能夠擴展來滿足未來的需求。
這種外部壓力推動著企業構建更大的數據中心,并且他們采用***技術來構建新的架構。10G以太網和40G以太網技術的推出正在推動現在的數據中心的更新周期,從基本計算元素的基層服務器到互連一切的底層網絡(數據中心內以及數據中心之間的互連)。
這種情況提出了一個問題,為什么是40G以太網在推動現在數據中心的更新周期,而不是100G以太網?這是一個很容易回答的問題—成本。40G以太網標準構建在已有技術上,使其能夠更好地解決數據中心的經濟。更高的成本效益使40G以太網成為數據中心新興的主導架構技術。
盡管如此,100G以太網正在“醞釀”中,在未來,100G以太網將幫助我們更好地解決數據中心應用程序空間。IEEE P802.3bj任務小組正在為背板和銅電纜開發100G以太網技術。IEEE P802.3bm任務小組正在考慮各種方法來降低100G以太網光學技術的成本。此外,這兩個任務小組為其各自的解決方案正在從10Gb/s轉移到25Gb/s電力信號,這種信號傳輸速度的轉變將推動整合,從而實現更高的端口密度以降低成本。
從40G和100G以太網吸取的教訓是我們并不是為行業提供一個解決方案,而是以合適的成本提供一個解決方案。從目前的部署來看,我們可以很明顯的感覺到這一點。40G以太網滿足數據中心應用的成本目標,正在快速部署中,而100G以太網則滿足核心運營商空間的成本目標,在那里得到快速部署。
此外,開發一種新的以太網速率以及配套技術需要一定的時間,并不能馬上實現。對于IEEE 400G以太網研究小組,我們應該將其視為該行業邁出的積極的一步,但按照之前的經驗,最初的新以太網速度IEEE項目通常會有后繼項目來為該新速度引入新的物理層規范。例如,在40G以太網和100G以太網的開發過程中,很大一部分重點放在開發能夠適應信號技術的發展的架構,以100G以太網為例子,它可以支持在10Gb/s的10信道、20Gb/s的5信道、在25Gb/s的4信道,在50Gb/s的2信道,或者在100Gb/s的單信道。而根據推測,對于400G以太網,開發的架構需要能夠支持從25Gb/s的6信道,50Gb/s的8信道,100Gb/s的4信達,以及400Gb/s的單信道。因此,開發一個能夠適應技術演進的架構應該考慮作為400G以太網的最終目標。
IEEE 802.3 400G以太網研究小組的***會議在5月中旬舉行,我們尚不清楚400G以太網以及物理層規范的定義。而行業內達成的公式將會推動這一努力。
從電力信號的角度來看,隨著運營速度的增加,跨銅線推動信號變得越來越具有挑戰性。雖然先進的調制已經用于Base-T信號技術多年,而100GBase-KP4背板PHY的開發是***個使用除NRZ信號之外來跨銅線的技術。我們可以推測,交替調制以及前向糾錯將在未來以太網操作中發揮更大的作用,而再次延長了銅線的生命。
從光信號的角度來看,筆者預計會出現一個多模式選擇。目前,IEEE P802.3bm任務小組對跨多模光纖的20m和100m有兩個目標。對于跨單模式光纖的更長的距離,可見度將進一步受到限制,IEEE P802.3bm任務小組目前已經在考慮一些技術,例如基于WDM的交替調制技術和并行單模光纖。
400G以太網的真正關鍵因素在于其架構,很明顯,我們將需要大量的必要的技術演進,以及達成行業共識。開發一個成功的標準的關鍵并不是對任何解決方案的規范,而是在正確的時間以合適的成本制定正確的解決方案。值得注意的是,這些不是由IEEE決定,而是由那些在IEEE參與這個過程的人來決定,非常歡迎大家參與到這個過程中,推動以太網的下一個革命。