高速以太网规划指南

关于迁移到40/100Gigabit以太网,网络架构师需要知道的一切

10千兆以太网去年也是如此。

随着IEEE 802.3ba规范在2010年中期获得批准,基于标准的40和100千兆以太网交换机和路由器开始出现在企业网络中。

100Gigabit Ethernet桥接到terbit Ethernet

其动机很容易理解:快速下行需要更快的上行链路。目前的解决方案是多个万兆管道的链路聚合,效果很好,但只能扩展到某一点。

同时,服务器的性能也有所提高应用程序现在使用的是万兆网络接口卡,同样也需要更快的上行链路。用不了多久,万兆接口就会成为标准的一部分服务器就像今天千兆以太网成为标准一样。

高速以太网的变化图

对于网络管理人员来说,迁移到以太网联盟所称的“高速以太网”,肯定需要一些改变。其中大多数是在物理层(可能需要新的电缆)。此外,一些监测和管理设备可能无法跟上HSE的速度。

在加方面,HSE将帮助降低10G以太网设备的价格。"The real leverage [with HSE] is with pushing down the price point of 10-gigabit Ethernet, rather than the first-order effects of 100-gigabit deployment," says a senior architect at one of the largest ISPs in the U.S., who requested anonymity. "If bigger pipes are good, then bigger pipes that are affordable and create greater commoditization of 10-gigabit Ethernet are better."

此外,HSE更多的是进化而不是革命性的。使用过以太网的网络专业人士使用40G和100Gbps版本会感觉很舒服。尽管如此,对新内容的理解是至关重要的(参见边栏:5步进入高速以太网”)。

没有设计更改

迁移到40 - 和100千兆以太网不需要修改上层网络设计,网络协议或应用程序。“这一切看起来都看起来与上层相同,”布兰登罗斯,东方美国网络工程总监,网络设计咨询公司网络工程总监。“不需要任何更改。”

例如,在交换机之间使用快速生成树协议(RSTP)和路由器之间使用开放最短路径优先协议(OSPF)的网络可以继续在HSE接口上运行这些协议,而无需改变配置。

应用程序、数据库和服务器群同样不会受到企业网络添加HSE接口的影响。较低的延迟和改进的响应时间应该是唯一值得注意的效果,尽管Ross警告说,采用更快的网络技术不可避免地暴露了以前不可见的瓶颈。例如,如果网络延迟以前掩盖了磁盘I/O瓶颈,而HSE现在比瓶颈快,应用程序性能的改善不会像预期的那么多。

在HSE采用方面提出了一个关键问题:即使协议准备就绪,网络基础设施也准备好更高的速度?

紧跟

与以前的减速带一样,以更高的速度捕捉和监控交通将对马力的要求更高网络管理安全系统。古老的格言“你不能管理你看不到的东西”仍然是正确的。换句话说,查看所有流量的需求不会因为网络变得更快而消失。

迁移到HSE可能需要升级网络管理系统和安全设备,如防火墙和入侵检测/防御系统。建议网络管理人员与供应商确认他们的设备在零帧丢失的情况下能够支持的最大帧速率。

更快版本的以太网对使用安全套接字层(SSL)的安全设备提出了特殊的挑战。已经需要专门的硬件来以千兆和万兆速率加密和解密SSL通信。即使有了硬件支持,下一代防火墙测试通过网络世界完成足球竞猜app软件建议,在处理SSL流量时,安全设备在处理SSL流量时更慢地移动流量。

如果有的话,HSE率的SSL交通绩效处罚是甚至更陡峭的。网络经理可能希望考虑与现有安全设备一起部署专用的SSL解密/加密系统以缓解SSL性能瓶颈。

另一个关键观察点是许多以太网交换机中的“跨度”或监视端口能力。此功能允许流量输入或将交换机端口(或两者)复制到另一个端口,在那里它可以重定向到外部分析器。某些交换机支持多个监控实例。在HSE上下文中,关键问题是交换机是否可以以40 - 或100千兆以太网线速率复制监控流量,没有帧丢失。

即使交换机可以支持这样的能力,那么那么分析器是否能够实时捕获帧的问题。基于软件的协议分析仪为此任务令人而作而视。

这里需要的是一个基于硬件的分析仪,能够在40G或100Gbps速率下无损捕获流量。分析仪还需要更大的存储容量。在100Gbps的速率下,一个以行速率捕获1,518字节帧的分析仪每分钟需要存储750GB的数据。在40Gbps速率下,存储需求“仅”为每分钟296GB,但请记住这两个数字仅适用于单个端口。基于硬件的监控工具通常用于捕获多个同步提要,每个提要都有非常重要的存储需求。

监控清单中的最终项目是能够HSE率的网络水龙头分拆器。并非所有网络设备都有嵌入式监控功能,并且有没有出于管理或技术原因启用监控的情况。

在这些情况下,需要外部网络点击。它们有铜和光纤版本,有两个到几十个端口。与所有监测HSE流量的设备一样,这些设备的关键问题是,它们能否在不掉帧的情况下保持40G和100Gbps的速率。

一种标准,多种口味

在链路层,HSE最显著的特点是它在很多方面与以前的以太网完全相同。以太网著名的帧格式没有改变。帧间间隙——帧间的空间量——没有改变。两者的最小基本帧长度和最大基本帧长度分别为64和1518字节。(IEEE在几年前确实将最大“信封”大小扩展到2000字节,以适应隧道和VLAN堆叠机制,但这与HSE无关。)就框架内容而言,与以前的版本相比没有任何变化。

与早期版本一样,HSE也有多个物理层定义,以适应不同的距离和介质要求。这些不同的口味范围从只打算用于内部设备背板的版本,到铜和基于光纤的版本用于2020欧洲杯预赛,对于至少40公里的跨度的长途版本为100g以太网。

对于企业数据中心和许多校园网来2020欧洲杯预赛说,最大跨度可达125米的短距离版本将是最有趣和最具成本效益的。对于更长距离的项目,如校园之间的高速连接或大城市部署,最大跨度为10公里或40公里的长途版本可能更合适。

获得物理

虽然HSE不需要改变上层协议,但在物理层是不同的。40G和100Gbps技术可能不仅需要交换机和路由器上新的收发器类型,还需要新的电缆、新的连接器和接口。推广HSE不仅仅是为交换机和路由器购买更快的刀片;网络架构师也需要升级布线设备和测试距离限制。

车道的概念驱动了许多新要求。在目前的千兆和10千兆以太网产品中,流量在每个方向上使用单个路径。这适用于10Gbps的速率,但在高速光学中调制信号以更高的速度证明困难。替代工程师在当前版本的HSE产品中采用了并行光学方法,这些方法在HSE产品中跨越多个通道的流量,每个通道都在10Gbps上运行,每个都使用专用光纤。

因此,40G以太网是今天的四车道技术,而目前的100G以太网接口在每个方向上使用10车道。

随着时间的推移,单线HSE接口可能会发生演变。IEEE 802.3ba规范描述了电子接口,可以在每个方向上通过单一通道实现,但实现这些的产品还没有发货。目前,40G和100g都是多车道技术,这反过来又引入了新的电缆要求,包括光纤和铜线。

增加纤维

与10G以太网的多模光纤只使用2股光纤不同,40G以太网的光纤目前使用12根光纤:两组4根光纤向每个方向发送流量,两组之间的4根光纤是暗的。40G以太网和100G以太网都可以在两对单模光纤上工作,就像它现在在10G以太网上工作一样。

多车道100G以太网需要更密集的光纤电缆。在这里,电缆使用24根光纤:两个阵列,每个方向10根光纤,每个阵列两侧2根光纤保持黑暗。

40G-和100G味道的HSE都需要“激光优化”的光纤电缆。对于多模光纤,这意味着使用OM3型电缆,可达高达100米的距离。对于更长的跨度,OM4型电缆支撑距离最多125米。

OM3和OM4电缆(通常有水色护套,以区别于旧的OM1和OM2电缆的橙色护套)已经被推荐用于10G以太网,但这并不意味着OM3和OM4电缆可以在10G和40G接口之间互换使用。

HSE可能需要新的电缆,但Torrey Point的Ross指出,迁移可能最终会减少所需的接口和电缆数量。罗斯说,“如今人们使用多个聚合的万兆连接”来实现网络上行连接。“当他们转向100g以太网时,他们实际上减少了光纤需求。”

HSE光缆达到光纤时,有两种显着差异:光纤计数和收发器类型。如上所述,多模光纤电缆用于多车道HSE使用12或24个纤维,与具有10g以太网的两根纤维相比。因此,网络规划者需要指定需要10G-,40G或100G版本的OM3或OM4电缆。

40G以太网最常用的收发器叫做QSFP+ (quad small form-factor pluggable plus)。该连接器可用于光纤和铜线布线,类似于10G以太网中使用的稍大版本的SFP+连接器,“quad”指的是它的四对发送和接收通道。虽然QSFP+收发器目前只支持40G以太网,但随着lane rate的增加,将来可能支持100G以太网。

目前,100G接口使用C形因子可插拔(CFP)收发器。它们比智能手机稍大一些,支持24根光纤的单模光缆。CFP收发器也支持多模光纤和铜线,不过QSFP+更为常见。CFP的一种较小的变体称为CXP,将支持所有不同的HSE版本,但目前还没有广泛使用。

铜电缆的要求比光纤电缆要简单一些。与光纤一样,HSE铜电缆使用多个传输和接收通道,每个通道都有一条10千兆速率的通道。

铜接口适用于40G和100G版本的HSE,但仅适用于数据中心机架内或相邻机架之间的短程连接。2020欧洲杯预赛使用目前定义的接口,HSE铜连接的间距最多为7米。

QSFP+光模块用于40G铜以太网。一些大型企业数据中心已经在使用10/40千兆2020欧洲杯预赛的机架顶部交换机。这些典型支持48个SFP+端口用于万兆连接到服务器,4个QSFP+端口用于40兆以太网上行链路用于交换机到交换机的连接。

10-至40千兆位率之间的转换是铜缆和光纤的QSFP +端口特别有用的特征。在许多顶级交换机中,QSFP +端口也可以用作四个10G以太网端口。这涉及使用铜或纤维“突破”电缆在一端的QSFP +连接器上和另一端的四个SFP +连接器。双方都将连接为四个10g以太网接口。

这个可转换特性为计划部署40G以太网的数据中心提供了迁移路径,但还没有准备好。2020欧洲杯预赛只购买和管理一种类型的交换机,然后根据需要部署10G或40G以太网端口,这也是划算的。

直接附着铜(DAC)电缆已经是连接服务器的常见方法,并以10千兆位的速度超过短距离,这可能继续使用40千兆位DAC。包括由双轴电缆运行连接的两个QSFP +收发器的40千兆位单元通常为3米或更小。

如果需要更长的跨距(例如,连接离核心交换机超过7米的机架),网络管理器将需要一种基于光纤的选项。

除了用于铜或光纤的QSFP+连接器,还有另一种光纤连接器类型,称为多光纤推入(MPO)。这些连接器支持并行光学方法,并要求在多模光纤电缆上使用MPO连接器,在交换机和路由器上使用MPO接口。早期版本的以太网中使用的LC和SC光纤连接器类型不适合多模光纤,因为它们只连接两根光纤。现有的单模光纤将与LC连接器工作。

迁移到HSE肯定需要改变。好消息是,这些变化在本质上是渐进的,并且可以增量地展开。近年来,以太网经历了许多变化,但HSE网络上的流量保持了与前几代相同的基本特征。最后,它真的只是“以太网”。

纽曼是网络世界实验室联盟和网络测试总裁的成员,一个独足球竞猜app软件立的测试实验室和工程服务咨询。他可以到达dnewman@networktest.com

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