100GbE：奢侈还​​是必需品？

IEEE P802.3ba 是一种通过 100 Gb 以太网 (100GbE) 传输数据的标准，于 2007 年至 2010 年期间制定[3]，但直到 2018 年才开始普及[5]。 为什么是在 2018 年而不是更早？ 为什么立即成群结队？ 至少有五个原因......

IEEE P802.3ba主要是为了满足数据中心的需求和互联网流量交换点（独立运营商之间）的需求而开发的； 以及确保资源密集型网络服务的不间断运行，例如具有大量视频内容的门户网站（例如 YouTube）； 以及高性能计算。 [3] 普通互联网用户也对不断变化的带宽需求做出了贡献：许多人拥有数码相机，并且人们希望通过互联网传输他们捕获的内容。 那。 随着时间的推移，互联网上流传的内容量变得越来越大。 无论是在专业层面还是在消费者层面。 在所有这些情况下，当数据从一个域传输到另一个域时，关键网络节点的总吞吐量早已超过10GbE端口的能力。 [1] 这就是新标准出现的原因：100GbE。

大型数据中心和云服务提供商已经在积极使用 100GbE，并计划在几年内逐步转向 200GbE 和 400GbE。 与此同时，他们已经在考虑超过太比特的速度。 [6] 尽管有一些大型供应商去年才转向 100GbE（例如 Microsoft Azure）。 为金融服务、政府平台、石油和天然气平台以及公用事业运行高性能计算的数据中心也已开始转向 100GbE。 [5]

在企业数据中心，对带宽的需求稍低：直到最近，10GbE 才成为这里的必需品，而不是奢侈品。 然而，随着流量消耗速度越来越快，10GbE在企业数据中心的生存时间至少10年甚至5年都值得怀疑。 相反，我们将看到快速迁移到 25GbE，甚至更快地迁移到 100GbE。 [6] 因为，正如英特尔分析师指出的那样，数据中心内部的流量强度每年增加 25%。 [5]

戴尔和惠普的分析师表示 [4] 2018 年是数据中心 100GbE 的一年。 早在 2018 年 100 月，2017GbE 设备的交付量是 40 年全年交付量的两倍。 随着数据中心开始大量放弃 2022GbE，出货量继续加快。 预计到 19,4 年，100GbE 端口的年出货量将达到 2017 万个（相比之下，4,6 年这一数字为 4 万个）。 [2017] 至于成本，100年7GbE端口花费2020亿美元，据预测，20年将花费约1亿美元（见图1）。 [XNUMX]

图1 网络设备需求统计及预测

为什么现在？ 100GbE 并不是一项新技术，那么为什么现在对其有如此多的炒作呢？

1）因为这项技术已经成熟并且变得更便宜。 2018 年，我们突破了界限，在数据中心使用具有 100G 端口的平台变得比“堆叠”多个 10G 平台更具成本效益。 示例：Ciena 5170（参见图 2）是一个紧凑型平台，可提供 800GbE（4x100GbE、40x10GbE）的聚合吞吐量。 如果需要多个 10 Gb 端口来提供必要的吞吐量，那么额外的硬件、额外的空间、额外的功耗、持续维护、额外的备件和额外的冷却系统的成本加起来就相当可观了。 [1] 例如，惠普专家在分析从 10GbE 迁移到 100GbE 的潜在好处时得出以下数字：更高的性能 (56%)、更低的总成本 (27%)、更低的功耗 (31%)、简化电缆连接（减少 38%）。 [5]

图 2. Ciena 5170：具有 100 个千兆端口的示例平台

2) Juniper 和 Cisco 最终为 100GbE 交换机创建了自己的 ASIC。 [5] 这雄辩地证实了100GbE技术已经真正成熟的事实。 事实是，只有在以下情况下，制造 ASIC 芯片才具有成本效益：首先，其上实现的逻辑在可预见的将来不需要更改；其次，当制造大量相同的芯片时。 如果对 100GbE 的成熟度没有信心，Juniper 和 Cisco 就不会生产这些 ASIC。

3) 因为Broadcom、Cavium和Mellanox Technologie已经开始生产支持100GbE的处理器，并且这些处理器已经用于戴尔、惠普、华为技术、联想集团等制造商的交换机中[5]

4) 因为服务器机架中的服务器越来越多地配备最新的 Intel 网络适配器（见图 3），具有两个 25 Gigabit 端口，有时甚至配备具有两个 40 Gigabit 端口的融合网络适配器（XXV710 和 XL710）。 {图 3. 最新英特尔网卡：XXV710 和 XL710}

5) 由于 100GbE 设备向后兼容，这简化了部署：您可以重复使用已经布线的电缆（只需将新的收发器连接到它们）。

此外，100GbE 的可用性使我们为新技术做好了准备，例如“NVMe over Fabrics”（例如，Samsung Evo Pro 256 GB NVMe PCIe SSD；见图 4）[8, 10]、“存储区域网络”(SAN) ）/“软件定义存储”（见图 5）[7]、RDMA [11]，如果没有 100GbE，就无法充分发挥其潜力。

图 4. 三星 Evo Pro 256 GB NVMe PCIe SSD

图 5.“存储区域网络”(SAN)/“软件定义存储”

最后，作为使用 100GbE 及相关高速技术的实际需求的一个奇特例子，我们可以引用剑桥大学的科学云（见图 6），它是建立在 100GbE 基础上的（Spectrum SN2700 以太网交换机）- 除其他外，为了确保 NexentaEdge SDS 分布式磁盘存储的高效运行，该存储很容易使 10/40GbE 网络过载。 [2] 部署此类高性能科学云来解决各种应用科学问题 [9, 12]。 例如，医学科学家使用此类云来破译人类基因组，100GbE 通道用于在大学研究小组之间传输信息。

图 6. 剑桥大学科学云片段

参考书目

1. 约翰·霍金斯。 100GbE：更接近边缘，更接近现实 // 2017。
2. 阿米特·卡茨. 100GbE 交换机 – 您计算过吗？ // 2016。
3. 玛格丽特·罗斯. 100 Gb 以太网 (100GbE).
4. 大卫·格雷夫斯. Dell EMC 为开放式现代数据中心加倍投入 100 Gb 以太网 // 2018。
5. 玛丽·布兰斯科姆。 数据中心网络 100GbE 之年 // 2018。
6. 贾里德·贝克。 企业数据中心的发展速度更快 // 2017。
7. 汤姆·克拉克。 设计存储区域网络：实施光纤通道和 IP SAN 的实用参考。 2003年。572页。
8. 詹姆斯·奥莱利。 网络存储：用于存储公司数据的工具和技术 // 2017。280p。
9. 詹姆斯·沙利文。 2017 年学生集群竞赛，德克萨斯大学奥斯汀分校/德克萨斯州立大学团队：在 Intel Skylake 和 NVIDIA V100 架构上重现 Tersoff 多体潜力的矢量化 // 并行计算。 第 79 卷，2018 年。第 30 页。 35-XNUMX。
10. 马诺利斯·凯特维尼斯。 下一代 Exascale 级系统：ExaNeSt 项目//微处理器和微系统。 第 61 卷，2018 年。第 58 页。 71-XNUMX。
11. 哈里·苏布拉莫尼。 以太网上的 RDMA：初步研究 // 分布式计算高性能互连研讨会论文集。 2009年。
12. 克里斯·布罗克玛。 使用软件 UDP RDMA 在射电天文学中实现节能数据传输//未来一代计算机系统。 第 79 卷，2018 年。第 215 页。 224-XNUMX。

PS。 本文最初发表于 “系统管理员”.

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为什么大型数据中心开始集体转向 100GbE？

• 事实上，还没有人开始搬家……

• 因为这项技术已经成熟并且变得更便宜

• 因为 Juniper 和 Cisco 为 100GbE 交换机创建了 ASIC

• 因为 Broadcom、Cavium 和 Mellanox Technologie 都添加了 100GbE 支持

• 因为服务器现在有 25 吉比特和 40 吉比特端口

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来源： habr.com