IEEE P802.3ba, der Standard für die Datenübertragung über 100-Gigabit-Ethernet-Kanäle (100GbE), wurde im Zeitraum von 2007 bis 2010 entwickelt [3], fand jedoch erst 2018 breite Anwendung [5]. Warum gerade 2018 und nicht früher? Und warum gleich in großem Maßstab? Dafür gibt es mindestens fünf Gründe…
Der IEEE P802.3ba wurde in erster Linie entwickelt, um die Bedürfnisse von Rechenzentren (RZ) und den Internetverkehrstauchpunkten (zwischen unabhängigen Betreibern) zu decken; sowie um die kontinuierliche Verfügbarkeit ressourcenintensiver Webdienste, wie etwa Portalen mit einer großen Menge an Video-Inhalten (z.B. YouTube), zu gewährleisten; und um Hochleistungscomputing zu ermöglichen. [3] Auch gewöhnliche Internetnutzer tragen zur Veränderung der Anforderungen an die Bandbreite bei: Viele besitzen digitale Kameras und möchten die von ihnen aufgenommenen Inhalte über das Internet übertragen. So wächst das Volumen der im Internet zirkulierenden Inhalte im Laufe der Zeit immer mehr an. Sowohl auf professioneller als auch auf Verbraucherebene. In all diesen Fällen, bei der Übertragung von Daten von einem Bereich in einen anderen, übersteigt die gesamte Bandbreite der Schlüssel-Netzwerkknoten schon lange die Kapazitäten der 10GbE-Ports. [1] Dies ist der Grund für die Einführung des neuen Standards: 100GbE.
Große Rechenzentren und Cloud-Dienstleister setzen bereits aktiv 100GbE ein und planen, in ein paar Jahren schrittweise auf 200GbE und 400GbE umzusteigen. Dabei richten sie bereits den Blick auf Geschwindigkeiten, die über Terabit hinausgehen. [6] Es gibt jedoch unter großen Anbietern auch solche, die erst im vergangenen Jahr auf 100GbE umgestiegen sind (z.B. Microsoft Azure). RZ, die Hochleistungsberechnungen für Finanzdienstleistungen, staatliche Plattformen, Öl- und Gasplattformen sowie Versorgungsunternehmen durchführen, haben ebenfalls begonnen, auf 100GbE umzusteigen. [5]
In Unternehmens-Rechenzentren ist der Bedarf an Bandbreite etwas geringer: Erst kürzlich wurde 10GbE hier zur dringenden Notwendigkeit und nicht mehr zur Luxuslösung. Allerdings wird es angesichts des immer schnelleren Wachstums des Datenverbrauchs zweifelhaft sein, dass 10GbE in Unternehmens-Rechenzentren auch nur 10 oder gar 5 Jahre überdauert. Stattdessen werden wir einen schnellen Übergang zu 25GbE und noch schnelleren zu 100GbE erleben. [6] Denn, wie Analysten von Intel feststellen, wächst die Intensität des Datenverkehrs in Rechenzentren jährlich um 25%. [5]
Die Analysten von Dell und Hewlett Packard stellen fest [4], dass das Jahr 2018 das Jahr der 100GbE für Rechenzentren ist. Bereits im August 2018 übertrafen die Lieferungen von 100GbE-Geräten die gesamten Lieferungen des Jahres 2017 um das Doppelte. Und die Liefergeschwindigkeit wächst weiter, da Rechenzentren zunehmend von 40GbE abweichen. Es wird erwartet, dass bis 2022 jährlich 19,4 Millionen 100GbE-Ports ausgeliefert werden (2017 lag diese Zahl zum Vergleich bei 4,6 Millionen). [4] Was die Kosten betrifft, so wurden 2017 für 100GbE-Ports 7 Milliarden USD ausgegeben, während im Jahr 2020 voraussichtlich etwa 20 Milliarden USD ausgegeben werden (siehe Abbildung 1). [1]
Abbildung 1. Statistik und Prognosen zur Nachfrage nach Netzwerkausrüstung
Warum jetzt? 100GbE ist keine neue Technologie, warum gibt es gerade jetzt so viel Aufregung darum?
1) Weil diese Technologie gereift und günstiger geworden ist. Erst im Jahr 2018 haben wir den Punkt überschritten, an dem der Einsatz von Plattformen mit 100-Gigabit-Ports in Rechenzentren rentabler geworden ist als die 'Staplung' mehrerer 10-Gigabit-Plattformen. Beispiel: Ciena 5170 (siehe Abbildung 2) – eine kompakte Plattform, die eine kumulierte Bandbreite von 800GbE (4x100GbE, 40x10GbE) bietet. Wenn für die benötigte Bandbreite mehrere 10-Gigabit-Ports erforderlich sind, summieren sich die Kosten für zusätzliche Hardware, den zusätzlichen Raum, den übermäßigen Stromverbrauch, die laufende Wartung, zusätzliche Ersatzteile und weitere Kühlsysteme zu einem beträchtlichen Betrag. [1] Zum Beispiel kamen Spezialisten von Hewlett Packard, die die potenziellen Vorteile des Wechsels von 10GbE zu 100GbE analysierten, zu den folgenden Zahlen: höhere Leistung (um 56%), geringere Gesamtkosten (um 27%), geringer Stromverbrauch (um 31%), Vereinfachung der Kabelverbindungen (um 38%). [5]
Abbildung 2. Ciena 5170: Beispiel einer Plattform mit 100-Gigabit-Ports
2) Juniper und Cisco haben endlich ihre eigenen ASIC-Chips für 100GbE-Switches entwickelt. [5] Dies ist ein überzeugender Beweis für die Tatsache, dass die 100GbE-Technologie wirklich ausgereift ist. Der Grund ist, dass ASIC-Chips nur dann rentabel hergestellt werden können, wenn erstens die darauf umgesetzte Logik in absehbarer Zukunft keine Änderungen erfordert und zweitens eine große Anzahl identischer Chips produziert wird. Juniper und Cisco würden diese ASICs nicht herstellen, wenn sie nicht von der Reife der 100GbE-Technologie überzeugt wären.
3) Denn Broadcom, Cavium und Mellanox Technologie haben begonnen, Prozessoren mit Unterstützung für 100GbE zu produzieren, und diese Prozessoren werden bereits in Switches von Herstellern wie Dell, Hewlett Packard, Huawei Technologies, Lenovo Group usw. verwendet. [5]
4) Denn in Server-Racks untergebrachte Server werden zunehmend mit den neuesten Intel-Netzwerkadaptern (siehe Abb. 3) ausgestattet, die über zwei 25-Gigabit-Ports verfügen, und manchmal sogar mit konvergenten Netzwerkadaptern mit zwei 40-Gigabit-Ports (XXV710 und XL710). {Abbildung 3. Neueste Intel-Netzwerkadapter: XXV710 und XL710}
5) Denn die 100GbE-Ausrüstung bietet Rückwärtskompatibilität, was das Deployment erleichtert: Vorhandene Kabel können wiederverwendet werden (es reicht aus, einen neuen Transceiver daran anzuschließen).
Darüber hinaus bereitet die Verfügbarkeit von 100GbE den Weg für neue Technologien wie „NVMe over Fabrics“ (z. B. Samsung Evo Pro 256 GB NVMe PCIe SSD; siehe Abb. 4) [8, 10], „Storage Area Network“ (SAN) / „Software Defined Storage“ (siehe Abb. 5) [7], RDMA [11], die ohne 100GbE ihr Potenzial nicht vollständig ausschöpfen konnten.
Abbildung 4. Samsung Evo Pro 256 GB NVMe PCIe SSD
Abbildung 5. „Storage Area Network“ (SAN) / „Software Defined Storage“
Schließlich kann als exotisches Beispiel für die praktische Verwendbarkeit von 100GbE und verwandten Hochgeschwindigkeitstechnologien die wissenschaftliche Cloud der Universität Cambridge (vgl. Abb. 6), die auf 100GbE (Spectrum SN2700 Ethernet-Switches) basiert, angeführt werden, um unter anderem eine effiziente Nutzung des verteilten Speichersystems NexentaEdge SDS zu gewährleisten, das das 10/40GbE-Netzwerk leicht überlasten kann. [2] Solche Hochleistungswissenschafts-Clouds werden eingerichtet, um die unterschiedlichsten Anwendungsforschungsaufgaben zu lösen [9, 12]. Beispielsweise nutzen Mediziner solche Clouds zur Entschlüsselung des menschlichen Genoms, und die 100GbE-Kanäle werden für den Informationsaustausch zwischen Forschungsteams der Universitäten verwendet.
Abbildung 6. Ausschnitt der wissenschaftlichen Cloud der Universität Cambridge
Bibliografie
- John Hawkins. // 2017.
- Amit Katz. // 2016.
- Margaret Rouse. .
- David Graves. // 2018.
- Mary Branscombe. // 2018.
- Jarred Baker. // 2017.
- Tom Clark. Entwurf von Storage Area Networks: Ein praktisches Handbuch zur Implementierung von Fibre Channel und IP SANs. 2003. 572 S.
- James O’Reilly. Netzwerkspeicher: Werkzeuge und Technologien für die Speicherung der Unternehmensdaten // 2017. 280 S.
- James Sullivan. Studenten-Cluster-Wettbewerb 2017, Team Universität von Texas in Austin/Texas State University: Reproduzierung der Vektorisierung des Tersoff-Multi-Body-Potentials auf den Architekturen Intel Skylake und NVIDIA V100 // Parallel Computing. Bd.79, 2018. S. 30-35.
- Manolis Katevenis. Die nächste Generation von Exascale-Systemen: das ExaNeSt-Projekt // Mikrochips und Mikrosysteme. Bd.61, 2018. S. 58-71.
- Hari Subramoni. RDMA über Ethernet: Eine vorläufige Studie // Tagungsband des Workshops über Hochleistungs-Interconnects für verteiltes Computing. 2009.
- Chris Broekema. Energieeffiziente Datenübertragungen in der Radioastronomie mit Software-UDP-RDMA // Future Generation Computer Systems. Bd.79, 2018. S. 215-224.
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Warum große Rechenzentren massenhaft auf 100GbE umsteigen?
Eigentlich hat noch niemand angefangen umzusteigen …
Weil diese Technologie reif und günstiger geworden ist
Weil Juniper und Cisco ASICs für 100GbE-Switches entwickelt haben
Weil Broadcom, Cavium und Mellanox Technologie 100GbE-Unterstützung hinzugefügt haben
Weil in Servern 25- und 40-Gigabit-Ports verfügbar wurden
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Quelle: habr.com
