Der IEEE P802.3ba-Standard für die Datenübertragung über 100-Gigabit-Ethernet-Kanäle (100GbE) wurde zwischen 2007 und 2010 entwickelt [3], fand jedoch erst 2018 [5] breite Anwendung. Warum gerade 2018 und nicht früher? Und warum gleichzeitig in großem Umfang? Es gibt mindestens fünf Gründe dafür...
Der IEEE P802.3ba Standard wurde in erster Linie entwickelt, um die Bedürfnisse von Rechenzentren und Internet-Knotenpunkten (zwischen unabhängigen Betreibern) zu erfüllen, sowie um den reibungslosen Betrieb ressourcenintensiver Webdienste wie Videoportale (z.B. YouTube) zu gewährleisten und Hochleistungsrechnen zu ermöglichen. [3] Auch Endbenutzer des Internets tragen zur Veränderung der Anforderungen an die Bandbreite bei: Viele besitzen Digitalkameras und möchten die von ihnen aufgenommenen Inhalte über das Internet übertragen. Daher wächst das Volumen der über das Internet zirkulierenden Inhalte im Laufe der Zeit stetig an, sowohl auf professioneller als auch auf Verbraucherebene. In all diesen Fällen, wenn Daten von einer Domäne zur anderen übertragen werden, übersteigt die kumulierte Bandbreite der Schlüssel-Netzwerkknoten längst die Möglichkeiten von 10GbE-Ports. [1] Dies hat zur Entstehung des neuen Standards 100GbE geführt.
Große Rechenzentren und Cloud-Service-Anbieter setzen bereits aktiv auf 100GbE und planen, in den kommenden Jahren schrittweise auf 200GbE und 400GbE umzusteigen. Dabei wird auch bereits ein Blick auf Geschwindigkeiten geworfen, die über ein Terabit hinausgehen. [6] Es gibt jedoch auch große Anbieter, die erst im letzten Jahr auf 100GbE umgestiegen sind (z. B. Microsoft Azure). Rechenzentren, die Hochleistungsrechnungen für Finanzdienstleistungen, staatliche Plattformen, Öl- und Gasunternehmen 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 Luxusoption. Da jedoch der Datenverkehrsverbrauch immer schneller ansteigt, ist es fraglich, ob 10GbE in Unternehmens-Rechenzentren überhaupt 10 oder sogar 5 Jahre überstehen wird. Stattdessen werden wir einen schnellen Übergang zu 25GbE und einen noch schnelleren zu 100GbE erleben. [6] Denn Analysten von Intel weisen darauf hin, dass die Intensität des Datenverkehrs innerhalb von Rechenzentren jährlich um 25 % zunimmt. [5]
Analysten von Dell und Hewlett Packard bestätigen [4], dass das Jahr 2018 das Jahr der 100GbE für Rechenzentren ist. Bereits im August 2018 überstiegen die Lieferungen von 100GbE-Geräten die Gesamtlieferungen des gesamten Jahres 2017 um das Doppelte. Der Zulauf an Lieferungen bleibt auf einem ansteigenden Kurs, da Rechenzentren zunehmend von 40GbE absehen. 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 angeht, so wurden im Jahr 2017 7 Milliarden Dollar für 100GbE-Ports ausgegeben und für 2020 sind Prognosen über Ausgaben von etwa 20 Milliarden Dollar zu erwarten (siehe Abb. 1). [1]
Abb. 1. Statistik und Prognosen zur Nachfrage nach Netzwerkausrüstung
Warum jetzt? 100GbE ist nicht wirklich eine neue Technologie, warum entsteht also gerade jetzt so ein Interesse darum?
1) Weil diese Technologie gereift und günstiger geworden ist. Im Jahr 2018 haben wir den Punkt überschritten, an dem der Einsatz von Rechenzentrumsplattformen mit 100-Gigabit-Ports rentabler wurde als das "Stapeln" mehrerer 10-Gigabit-Plattformen. Beispiel: Ciena 5170 (siehe Abbildung 2) – eine kompakte Plattform, die eine Gesamtbandbreite von 800GbE (4x100GbE, 40x10GbE) bietet. Wenn mehrere 10-Gigabit-Ports für die erforderliche Bandbreite benötigt werden, summieren sich die Kosten für zusätzliches Equipment, der zusätzliche Platzbedarf, der überschüssige Stromverbrauch, die laufende Wartung, Ersatzteile und zusätzliche Kühlsysteme auf eine beträchtliche Summe. [1] So kamen beispielsweise Spezialisten von Hewlett Packard, als sie die potenziellen Vorteile eines Wechsels von 10GbE zu 100GbE analysierten, zu folgenden Zahlen: höhere Leistung (um 56 %), geringere Gesamtkosten (um 27 %), weniger Stromverbrauch (um 31 %), vereinfachte 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 eindeutiger Beweis dafür, dass die Technologie 100GbE tatsächlich ausgereift ist. Fakt ist, dass ASIC-Chips nur dann wirtschaftlich hergestellt werden können, wenn erstens die darauf implementierte Logik in absehbarer Zeit keine Änderungen erfordert und zweitens eine große Anzahl identischer Chips produziert wird. Juniper und Cisco würden diese ASICs nicht herstellen, ohne sich der Reife von 100GbE sicher zu sein.
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 und anderen verwendet. [5]
4) Die in Server-Racks untergebrachten Server werden zunehmend mit den neuesten Netzwerkadaptern von Intel ausgestattet (siehe Abb. 3), die über zwei 25-Gigabit-Ports verfügen und manchmal sogar mit konvergierten Netzwerkadaptern mit zwei 40-Gigabit-Ports (XXV710 und XL710) ausgestattet sind. {Abbildung 3. Neueste Netzwerkadapter von Intel: XXV710 und XL710}
5) Da die 100GbE-Ausrüstung abwärtskompatibel ist, erleichtert dies die Implementierung: Bereits verlegte Kabel können wiederverwendet werden (einfach einen neuen Empfänger anschließen).
Darüber hinaus bereitet uns die Verfügbarkeit von 100GbE auf neue Technologien vor, wie z.B. „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 volles Potenzial nicht ausschöpfen konnten.
Abb. 4. Samsung Evo Pro 256 GB NVMe PCIe SSD
Abb. 5. „Storage Area Network“ (SAN) / „Software Defined Storage“
Schließlich ist das wissenschaftliche Cloud-Projekt der Universität Cambridge ein exotisches Beispiel für die praktische Anwendbarkeit von 100GbE und verwandten Hochgeschwindigkeitstechnologien (siehe Abb. 6). Diese Plattform basiert auf 100GbE (Spectrum SN2700 Ethernet-Switches) und dient unter anderem dazu, einen effektiven Betrieb des verteilten Speicherangebots NexentaEdge SDS zu gewährleisten, das die 10/40GbE-Netze problemlos überlasten kann. [2] Solche hochleistungsfähigen wissenschaftlichen Clouds werden eingesetzt, um eine Vielzahl praktischer wissenschaftlicher Fragestellungen zu lösen [9, 12]. Beispielsweise nutzen Mediziner solche Clouds zur Entzifferung des menschlichen Genoms, wobei 100GbE-Kanäle für die Datenübertragung zwischen den Forschungsteams der Universitäten verwendet werden.
Abb. 6. Ausschnitt aus der wissenschaftlichen Cloud der Universität Cambridge
Bibliographie
- John Hawkins. // 2017.
- Amit Katz. // 2016.
- Margaret Rouse. .
- David Graves. // 2018.
- Mary Branscombe. // 2018.
- Jarred Baker. // 2017.
- Tom Clark. Design von Storage Area Networks: Ein praktisches Handbuch für die Implementierung von Fibre Channel und IP SANs. 2003. 572 S.
- James O’Reilly. Netzwerkspeicher: Werkzeuge und Technologien zur Speicherung der Daten Ihres Unternehmens // 2017. 280 Seiten.
- James Sullivan. Studenten-Cluster-Wettbewerb 2017, Team Universität von Texas in Austin/Texas State University: Reproduktion der Vektorisierung des Tersoff-Multi-Body-Potentials auf den Intel Skylake und NVIDIA V100 Architekturen // Parallel Computing. Bd. 79, 2018. S. 30-35.
- Manolis Katevenis. Die nächste Generation von Exascale-Klassensystemen: das ExaNeSt-Projekt // Mikroprozessoren und Mikrosysteme. Bd. 61, 2018. S. 58-71.
- Hari Subramoni. RDMA über Ethernet: Eine vorläufige Studie // Proceedings of the Workshop on High Performance Interconnects for Distributed Computing. 2009.
- Chris Broekema. Energieeffiziente Datenübertragungen in der Radioastronomie mit Software-UDP-RDMA // Future Generation Computer Systems. Bd. 79, 2018. S. 215-224.
PS. Der Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht in .
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Warum große Rechenzentren massenhaft auf 100GbE umschalten?
Eigentlich hat noch niemand mit dem Umschalten begonnen…
Weil diese Technologie ausgereift und günstiger geworden ist
Weil Juniper und Cisco ASICs für 100GbE-Switches geschaffen haben
Weil Broadcom, Cavium und Mellanox Technologie 100GbE-Unterstützung hinzugefügt haben
Weil in Servern 25- und 40-Gigabit-Ports hinzugekommen sind
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Quelle: habr.com
