以太网的新时代

2015-07-08 |  作者:吴健 |  来源:独家

摘要以太网应用与日俱增,以太网技术也在与时俱进。以太网从来没有象今天这样具有多样性,而我们需要以太网的多样性。这将是一个崭新的时代!

以太网(Ethernet)无处不在,已经达到开创者最初想到达到的境界—ETHER, 成为人类信息社会无处不在的媒介。以太网已经发展了40多年,以太网的发展历史大致是以10倍速来进行的,10M、100M、1G、10G、40G、100G,但从近几年开始,以太网不再以10倍阶进,而出现了多样性。为什么会这样?

以太网的地位,犹如“普天之下,莫非以太,率土之宾,莫非IP”。然而,以太网生态系统却面临新的挑战,因为互联网世界对它的需求已经超出了简单的局域网与广域网的概念,它必须能够适合多样性的网络——这种多样性需求甚至要达到工业领域的每个毛孔,包括车联网。

变化与分化

随着应用和需求的多样化,未来以太网演进的方式将与以往不同,单一的演进之路不能满足未来所有需求,以太网应用需要量体裁衣,按需而变。种种变化发生在两个显著和重要的场景中,一个是智能楼宇,另一个是数据中心。

在多数人眼里以铜缆为主体的智能楼宇,与以光纤为主体的数据中心,成为以太网应用的两个日渐分离的应用市场。尽管两个领域多有重叠,但依然可以建立一个应用的分水岭;另一个分水岭则是IT设备。在IT的发展过程,终端设备的接入速度与网络主干的速度也有阶梯状的过渡。终端仍然偏爱以铜接口为主,因为性价比好;网络干线越来越走向光纤,因为要速度快距离远。以铜缆为主体的服务器接入,以光纤为主体的交换机连接,也日趋清晰。

请不要惊讶以太网也会开倒车。从行业发展来看10G似乎成为了数据中心和智能楼宇的分水岭,把10G作为参考点,我们分开两个方面来看以太网的发展。较早成熟并定义的10G以太网也可以做为铜介质和光介质共同使用的基础点和起点,分兵两路,各自向上和向下发展。

2.5G/5G 与智能楼宇

以太网一路向智能楼宇进发,智能楼宇的网络连接趋向融合,一个网络连接多种应用终端和传感器是大势所趋。与智能楼宇发展相伴相生的有Wi-Fi无线局域网的发展,物联网的发展,这些发展要求以太网要能承担两种使命: 数据传输与供电。这里的供电当然是以太网供电,也就是POE技术的标准化与性能提升,从此低能耗终端逐渐统一到一根双绞线上来,如IP数字电话、无线接入点AP、数字摄像头,LED灯具、高清音视频设备、智能控制系统等等,没有人愿意为每个终端单独建立一个电源插座。高速无线网络连接和高功率POE供电,已经成为智能建筑发展的两大技术保障,缺一不可。网络用户已经发展到如果离开Wi-Fi,就无法容忍的程度,并且用户期望更高速的无线接入。而目前楼宇基础设施在接入点上很少有达到10G,大多数停留在1G及其以下。

我们现在有1000Base-T和10GBase-T两种常见的以太网技术,尽管有很多用户已经部署了Cat.6A铜缆来支持10Gbase-T,但从服务器、交换机,AP无线路由,综合布线等多个系统普遍提升到10G还有很长的路要走。Wi-Fi对基础架构带宽提出更高要求,2.5G和5G应运而生。事实上,IEEE802.11ac时代已经到来,以太网为了满足Wi-Fi网络高带宽、高流量的新需求,以太网交换机也将升级到2.5Gbps和5Gbps。同时2.5G与5G的技术出现,也进一步延长了铜缆的生命力,因为2.5G和5G都计划可以用在Cat.5e和Cat.6上,(当然用在Cat.6A上最佳)。这使得智能楼宇市场依然在会在Cat.5e、Cat.6、Cat.6A三种铜缆等级上按需选择。

NBASE-T联盟包括了英特尔、思科、康普、福禄克网络、Molex等20多个厂商,这个联盟旨在推动2.5G和5G的发展,标准名称为IEEE 802.3bz。NBASE-T的发展,将让无线与有线更好地融合,而不是一方取代另外一方,铜缆的生命力将借助室内无线的需求进一步延长。了解这一点,你将不会惊讶这一结论:无线促进了有线。

在数据中心方面,以太网也有了更多选择,尤其是25G以其以上的速率发展。

25G/50G与数据中心

数据中心对于以太网的需求,来自两个最重要的考量,一个是节能,一个是成本。与数据中心发展相关的领域,包括了“云”的发展,以及Leaf/Spine矩阵式网络架构。随着服务器性能的进一步提升,也随着数据中心内从leaf到spine层连接在向100Gbps升级,那么服务器从现有的10Gbps向25Gbps/50Gbps升级已经很有现实意义:因为10G的以太网速度标准往往满足不了需求,而100G又太贵了,25G和50G以太网标准的出现正好弥补了这两者的不足。此外,25Gbps和50Gbps每通道技术将是未来100Gbps(4个25Gbps)和400Gbps(8个50Gbps)以太网标准的基础,因此业界普遍希望利用25G传输速率来替代现有的10Gbps速率。

包括Arista、博通、谷歌、微软与Mellanox等五家公司已在2014年宣布成立25G以太网联盟,针对25G和50G建立专用标准,从而填补在服务器与交换机二者之间的空白。不过请注意,到目前为止在数据中心内的交换机连接还是被40G/100G技术占据主导地位。

相对于40G,25G享有单一通道的成本优势。如果是40G,则需要多个物理通道,因为它利用的是10G技术。25G以太网联盟实际上是针对云数据中心的,因为在IEEE之外对25G感兴趣的相关各方也有一些共识。对25G以太网来说,关键优势是很多组件早已研制完成:因为100G以太网标准就是用4个25Gbps汇聚而成的。所以两种技术所用的组件可大量生产,从而推动价格的下降。通过四通道SFP接口(QSFP),100G拆分成4个25G(+微信关注networkworldweixin),40G亦可以拆分成4个10G,因此多速率的以太网产品得以发展和应用,目前戴尔、惠普等厂商均已推出了多速率交换机。

图1:IEEE基于多模光纤的技术发展路线图(2015年发布)

IEEE最近的技术路线图给出了多个方向。基于多模光纤,在10G之后,有25G、40G、50G、200G四种技术。值得注意的是100G已经在较早的时间给出了标准。

现在的问题是,在25G之后技术应该向何方发展?是40G还是50G?这两者或者说两者之一都有可能?这就是为什么以太网联盟现在也积极参与到这一进程中来的原因。因为这不仅仅牵涉到25G,甚至还牵涉到40G、50G、 100G。25G以太网联盟他们所提到的50G实际上是两个通道的25G。不过,现在针对单通道50G也有一些进展。

25GBase-T/40GBase-T

除了25G、40G等高速光纤接口的发展之外,25GBase-T与40GBase-T是两个以铜为介质的高速以太网接口。在10G以上的以太网接口技术中,光接口与光纤扮演着主要角色,但这并没有阻碍铜接口与铜缆的发展。因为铜接口依旧有很好的性价比,其兼容性与易用性好于光纤,所以IEEE没有放弃对于Base-T的技术演进。目前正在实行的是IEEE802.3bq,这是基于Cat.8类铜缆的40G以太网,作为应用标准IEEE802.3bq与布线标准Cat.8同步进行。同样,25G以太网也可以基于铜缆进行传输,并且也以Cat.8类铜缆双绞线为介质。

25GBase-T如果被发展,将大大地增强Cat.8存在的意义,使得Cat.8将可以在数据中心中同时支持25G和40G两种应用——连接通道同样达到30米,可以自由地支持列中方式或列头方式的服务器机柜连接。用户部署Cat.8类的基础架构将更有意义,用户可以从容地从10GBase-T,升级到25GBase-T,再到40GBase-T,以满足不同类型的服务器接入。

图2:IEEE基于铜缆的以太网的技术发展路线图(2015年发布)

IEEE最近的技术路线图,给出了多个方向。基于铜缆,在10G之后,有2.5G、5G、25G、40G四种技术。

结论

当你能抓住主要矛盾时,世界会变得更清晰,否则你将迷失在多样性的世界里,以太网的世界也是如此。当我们站在智能楼宇与数据中心的两个视角,同时也能站在IT终端接入与网络主干两个视角看待以太网时,你既不会迷失方向,也不会因为以太网的多样性而困惑不已。

简单地说,正是高速无线技术推动了智能楼宇的2.5G/5G发展,高速服务器技术则推动了数据中心25G/50G发展。

以太网应用与日俱增,以太网技术也在与时俱进。以太网从来没有象今天这样具有多样性,而我们需要以太网的多样性。这将是一个崭新的时代!

本文作者吴健为中国工程建设标准化协会数据中心工作组专家委员、

中国工程建设标准化协会布线工作组副组长、美国康普公司大中国区技术总监

 

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