100GbE: luxe of urgente noodzaak?

IEEE P802.3ba, de standaard voor datatransmissie over 100-gigabit Ethernet (100GbE), werd ontwikkeld van 2007 tot 2010 [3], maar kreeg pas in 2018 breed gebruik [5]. Waarom precies in 2018 en niet eerder? En waarom massaal? Daar zijn minstens vijf redenen voor...

IEEE P802.3ba werd primair ontwikkeld om te voldoen aan de behoeften van datacenters en internet-exchangepunten (tussen onafhankelijke operators); evenals om de continue werking van resource-intensieve webservices, zoals portalen met veel video-inhoud (bijvoorbeeld YouTube), te waarborgen; en voor het uitvoeren van high-performance computing. [3] Gewone internetgebruikers dragen ook bij aan de veranderende vereisten voor bandbreedte: velen hebben digitale camera's en mensen willen de content die ze hebben vastgelegd via het internet verzenden. Hierdoor neemt het volume van de overgedragen content op het internet in de loop der tijd gestaag toe. Zowel op professioneel als op consumenteniveau. In al deze gevallen, bij het verzenden van gegevens van het ene domein naar het andere, overschrijdt de totale bandbreedte van de belangrijkste netwerkknooppunten al geruime tijd de mogelijkheden van 10GbE-poorten. [1] Dit heeft geleid tot de introductie van de nieuwe standaard: 100GbE.

Grote datacenters en cloudproviders maken al actief gebruik van 100GbE en plannen geleidelijk over te stappen op 200GbE en 400GbE in de komende jaren. Daarbij wordt al gekeken naar snelheden die meer dan een terabit bedragen. [6] Hoewel er onder de grote providers ook enkele zijn die pas vorig jaar zijn overgestapt op 100GbE (bijvoorbeeld Microsoft Azure). Datacenters die high-performance computing uitvoeren voor financiële diensten, overheidsplatforms, olie- en gasplatforms en nutsbedrijven zijn ook begonnen met de overstap naar 100GbE. [5]

In zakelijke datacenters is de vraag naar bandbreedte iets lager: pas recent werd 10GbE een noodzaak en geen luxe. Echter, aangezien het verkeer steeds sneller toeneemt, is het twijfelachtig dat 10GbE binnen zakelijke datacenters nog tien of zelfs vijf jaar meegaat. In plaats daarvan zullen we een snelle overstap naar 25GbE en een nog snellere naar 100GbE zien. [6] Want, zoals analisten van Intel opmerken, groeit de intensiteit van het verkeer binnen datacenters elk jaar met 25%. [5]

Analisten van Dell en Hewlett Packard bevestigen [4] dat 2018 het jaar van 100GbE is voor datacenters. Al in augustus 2018 overschreden de leveringen van 100GbE-apparatuur de totale leveringen van 2017 met het tweevoudige. En de leveringssnelheden blijven stijgen, aangezien datacenters massaal overstappen van 40GbE. Verwacht wordt dat er in 2022 jaarlijks 19,4 miljoen 100GbE-poorten zullen worden geleverd (in 2017 was dat, ter vergelijking, 4,6 miljoen). [4] Wat betreft de kosten, in 2017 is er $7 miljard uitgegeven aan 100GbE-poorten, en in 2020 zal er naar verwachting ongeveer $20 miljard worden uitgegeven (zie fig. 1). [1]

Figuur 1. Statistiek en prognoses van de vraag naar netwerktechnologieën

Waarom nu? 100GbE is geen nieuwe technologie, waarom is er nu zoveel hype omheen?

1) Omdat deze technologie is volwassen geworden en goedkoper is geworden. In 2018 hebben we de grens overschreden waarbij het gebruik van platforms met 100-gigabit poorten rendabeler is geworden dan het 'stapelen' van meerdere 10-gigabit platforms. Voorbeeld: Ciena 5170 (zie fig. 2) – een compact platform dat een totale bandbreedte van 800GbE biedt (4x100GbE, 40x10GbE). Als er voor de benodigde bandbreedte meerdere 10-gigabit poorten nodig zijn, dan stapelen de kosten voor extra hardware, extra ruimte, overmatig energieverbruik, lopende onderhoudskosten, extra reserveonderdelen en extra koelsystemen zich op in een behoorlijk bedrag. [1] Zo zijn experts van Hewlett Packard, die de potentiële voordelen van de overstap van 10GbE naar 100GbE analyseerden, tot de volgende cijfers gekomen: hogere prestaties (56% meer), lagere totale kosten (27% minder), minder energieverbruik (31% minder), eenvoudiger kabelverbindingen (38% minder). [5]

Figuur 2. Ciena 5170: voorbeeld van een platform met 100-gigabit poorten

2) Juniper en Cisco hebben eindelijk hun eigen ASIC-chips voor 100GbE-schakelaars ontwikkeld. [5] Dit is een duidelijke bevestiging van het feit dat de technologie 100GbE echt volgroeid is. De reden hiervoor is dat ASIC-chips alleen kosteneffectief kunnen worden geproduceerd wanneer, ten eerste, de logica die erop is geïmplementeerd, in de nabije toekomst geen wijzigingen vereist, en ten tweede, wanneer er een grote hoeveelheid identieke chips wordt vervaardigd. Juniper en Cisco zouden deze ASICs niet hebben ontwikkeld als ze niet zeker waren van de volwassenheid van 100GbE.

3) Omdat Broadcom, Cavium en Mellanox Technologie zijn begonnen met het produceren van procesoren met ondersteuning voor 100GbE, en deze procesoren al worden gebruikt in switches van fabrikanten zoals Dell, Hewlett Packard, Huawei Technologies, Lenovo Group en anderen. [5]

4) Omdat servers die in serverracks zijn geplaatst, steeds vaker zijn uitgerust met de nieuwste netwerkadapters van Intel (zie fig. 3), met twee 25-gigabit poorten, en soms zelfs convergerende netwerkadapters met twee 40-gigabit poorten (XXV710 en XL710). {Figuur 3. De nieuwste netwerkadapters van Intel: XXV710 en XL710}

5) Omdat 100GbE-apparatuur achterwaartse compatibiliteit heeft, wat de implementatie vergemakkelijkt: reeds geïnstalleerde kabels kunnen opnieuw worden gebruikt (het enige wat je hoeft te doen is een nieuwe zender/ontvanger aan te sluiten).

Bovendien bereidt de beschikbaarheid van 100GbE ons voor op nieuwe technologieën zoals 'NVMe over Fabrics' (bijvoorbeeld Samsung Evo Pro 256 GB NVMe PCIe SSD; zie fig. 4) [8, 10], 'Storage Area Network' (SAN) / 'Software Defined Storage' (zie fig. 5) [7], RDMA [11], die zonder 100GbE niet hun volledige potentieel zouden kunnen realiseren.

Figuur 4. Samsung Evo Pro 256 GB NVMe PCIe SSD

Figuur 5. 'Storage Area Network' (SAN) / 'Software Defined Storage'

Uiteindelijk, als een exotisch voorbeeld van de praktische bruikbaarheid van 100GbE en verwante high-speed technologieën, kan het onderzoekscloud van de Universiteit van Cambridge worden genoemd (zie fig. 6), dat is opgebouwd uit 100GbE (Spectrum SN2700 Ethernet switches) – onder andere om een effectieve werking van de gedistribueerde opslag NexentaEdge SDS te waarborgen, dat de 10/40GbE-netwerken gemakkelijk kan overbelasten. [2] Dergelijke hoge-prestatie onderzoeksclouds worden ingezet om de meest diverse toegepaste wetenschappelijke vraagstukken op te lossen [9, 12]. Zo maken medisch onderzoekers gebruik van deze clouds om het menselijk genoom te ontcijferen, en de 100GbE-verbindingen worden gebruikt voor datatransmissie tussen onderzoeksteams van universiteiten.

Figuur 6. Fragment van het onderzoekscloud van de Universiteit van Cambridge

Bibliografie

1. John Hawkins. 100GbE: Dichter bij de rand, dichter bij de realiteit // 2017.
2. Amit Katz. 100GbE Switches – Heb je de cijfers doorgerekend? // 2016.
3. Margaret Rouse. 100 Gigabit Ethernet (100GbE).
4. David Graves. Dell EMC verdubbelt inzet op 100 Gigabit Ethernet voor het open, moderne datacenter // 2018.
5. Mary Branscombe. Het jaar van 100GbE in datacenter netwerken // 2018.
6. Jarred Baker. Sneller bewegen in het enterprise datacenter // 2017.
7. Tom Clark. Ontwerpen van opslagnetwerken: Een praktische gids voor het implementeren van Fibre Channel en IP SANs. 2003. 572p.
8. James O’Reilly. Netwerkopslag: Hulpmiddelen en technologieën voor het opslaan van de gegevens van uw bedrijf // 2017. 280p.
9. James Sullivan. Studentenclustercompetitie 2017, Team Universiteit van Texas in Austin/Texas State University: Reproductie van de vectorisatie van de Tersoff multi-body potentie op de Intel Skylake en NVIDIA V100 architecturen // Parallel Computing. v.79, 2018. pp. 30-35.
10. Manolis Katevenis. De volgende generatie van exascale-systemen: het ExaNeSt-project // Microprocessors and Microsystems. v.61, 2018. pp. 58-71.
11. Hari Subramoni. RDMA over Ethernet: Een voorlopig onderzoek // Proceedings of the Workshop on High Performance Interconnects for Distributed Computing. 2009.
12. Chris Broekema. Energie-efficiënte gegevensoverdracht in radio-astronomie met software UDP RDMA // Future Generation Computer Systems. v.79, 2018. pp. 215-224.

PS. Het artikel werd oorspronkelijk gepubliceerd in «Systeembeheerder».

Alleen geregistreerde gebruikers kunnen deelnemen aan de enquête. Log in, alstublieft.

Waarom zijn grote datacenters massaal overgestapt op 100GbE?

• Eigenlijk is niemand ergens verhuisd...

• Omdat deze technologie volwassen is geworden en goedkoper is geworden

• Omdat Juniper en Cisco ASIC's hebben gemaakt voor 100GbE-switches

• Omdat Broadcom, Cavium en Mellanox Technologie 100GbE-ondersteuning hebben toegevoegd

• Omdat servers 25- en 40-gigabit poorten hebben gekregen

• Jouw versie (schrijf in de reacties)

12 gebruikers hebben gestemd. 15 gebruikers hebben zich onthouden.

Bron: habr.com