數據中心與萬兆應用

文｜美國康普公司 吳 健

1 網絡應用對帶寬與時延提出更高的要求

在當今的高帶寬計算環境下，在前臺同時運行多項應用程序，如文字處理、電子郵件、圖片、即時信息、媒體播放器、流媒體、視頻會議及IP電話等，并不罕見。后臺任務如病毒掃描、軟件更新、系統監測、加密、壓縮以及前瞻式信息組織等也需要占用額外的帶寬，這點最終用戶往往不易察覺。

起初，以太網是信息共享的一種網絡技術，經過多年的發展，以太網已成為企業和服務供應商網絡通信和數據交流的可擴展性平臺。今天的10G以太網能為不同用戶提供不同的服務，其服務的可靠性與傳統的電話通信技術已經不能等量齊觀。

同時，以太網已成為通信領域的核心技術之一，即便在新的無線移動應用中也備受重視。新興的應用，包括VoIP、視頻和無線局域網接入等，逐步豐富了以太網的功能和用途，而未來的網絡功能將更加多樣化。

在LAN區域內已經要求采用高速技術如10G以太網。而在近期，這種需求將僅限于對高性能服務器、交換機和CAD工作站進行相互連接，并且局限于支持千兆位以太網增強使用到桌面的骨干網應用程序。然而，由于帶寬需求的穩步提高，而且界面電子裝置的成本下降和立體網格計算等技術可能的應用，10G速率到桌面將會成為現實。從布線基礎設施的角度來看，10G布線解決方案可以減少在不可預知的未來網絡需求中的投資。

從網絡應用的發展來看，有下列應用需要更高的帶寬。

（1）高性能計算：許多行業部門采用高性能的計算平臺來支持高帶寬密集型應用產品，例如流媒體視頻、醫學影像、集中式應用程序、高端圖形、可視化技術及數據群聚，又如氣象信息處理、國防測試、仿真及加密措施、生物科學及藥物技術、金融公司的量化分析、統計及計量經濟建模、建筑與工程公司所使用的計算機輔助CAD/CAM應用軟件和共享CAD文件，地質和物理科學勘探公司等。

（2）多點合作：現有的協作工具使與會者可以在一張空白的幻燈片上寫畫，如果登陸網址還可以同會議主持人或任何其他的與會者私下溝通。要確保這種方式的有效性，這些協作工具就會不斷要求更高的帶寬，而10G以太網將會成為公司內部多點協作的主要連接方式。

（3）流式媒體：流式媒體可以加強公司內部及外部的信息通信。它可以在召開會議、舉辦新聞發布會、展示新產品、支持營銷及廣告活動、培訓員工、提供用戶支持以及娛樂活動，例如HDTV、視頻點播或極限互聯網游戲的過程中發揮作用。由于向流式媒體傳輸數據要求在數據源和用戶之間建立一個連續通道，因此帶寬就會成為流式媒體使用的加速器。

（4）網格計算：網格計算可以在網絡中騰出“空閑”的桌面CPU功率，以供需要它的大型任務使用。網格計算這項技術可以有效地匯集“橫跨網絡”的功率以供各種應用程序使用。網格計算對所有共享計算平臺之間的快速互連依賴性極強。現在這項技術已得到實現，采取的形式是通過快速光纖通道或其他類型的光學界面，將數據中心內保留的服務器連接起來形成服務器群。現在，網格計算被用來積聚空余的計算周期，從而為復雜的應用程序和仿真提供功率，這些應用程序包括藥物研究、金融投資風險分析、電子設計自動化及其他的計算機密集型應用程序。網格也允許進行協作和共享，對于將成為公司基礎設施根基的網格而言，將會開發更多利用網格的應用程序，同時，網格技術可以用于推動數量不斷增加的應用程序和行業的資源共享、利用及協作。

2 數據中心是10G應用的土壤和驅動要素

以太網不僅要實現高速，也要實現智能化。數據中心的關鍵技術驅動因素就是通過虛擬化，實現服務器和存儲設施的高效運行。當虛擬資源被放到單一物理網絡資源之中，而這個網絡的用戶量超出其極限時，虛擬化便會出現問題。解決這個問題的唯一途徑就是在網絡邊緣提供充足的帶寬，以全面支持虛擬環境。

虛擬化、多核服務器，諸如此類的技術進步開啟了通向新一代效率更高、性能更優的數據中心之門。誠然，新的發展可能帶來重要優勢，但同時也給企業、組織機構帶來了挑戰，他們需要就基礎設施做出重大決策，而這些決策又會影響到其IT系統的未來及其保持競爭優勢的能力。最重要的決策之一是如何在數據中心中部署10G網絡，虛擬化已成為數據中心部署10G以太網最強大的動力。與此同時，數據中心專用的傳輸協議則為將此前相互分離的網絡聚合成單一的10G連接創造了條件。

與當今利用分離式網絡的部署方式相比，在數據中心中利用新的網絡技術來聚合LAN和SAN連接具有明顯的優勢。要決定諸如思科統一交換架構的聚合網絡是否值得投資，必須對總體擁有成本進行評估，并衡量其優勢與劣勢。

另一方面，在以太網基礎架構上運行存儲能夠實現經濟效益，基于以太網的存儲方案以極具誘惑力的低成本提供大量的關聯數據。隨著此類存儲方案不斷改進，各個企業還能夠在單一的以太網上整合存儲設施。通過將存儲傳輸速度擴展至每秒10G，能支持不同大小企業的網絡接入存儲（NAS）和存儲區域網絡（SAN），提供緊密的遷移路徑。由于具備速度快且成本低的優點，存儲將是以太網發展的下一個里程碑。現今驅動數據中心采用10G以太網技術的主要是兩個因素：一是10G端口的價格變得便宜，二是融合各種互補技術需要更高的帶寬。具體來說，這些互補技術包括多核心、基礎設施虛擬化、存儲優化和集群解決方案等。

數據中心（使用存儲區域網絡）是高速數據傳輸的驅動因素，作為互聯網繁榮及網絡主機需求增長的產物而首次出現。隨著對潛在的內外部威脅的意識增強，由此產生的安全性及業務連續性方面的考慮，促進了數據中心進一步的發展。今天，越來越多的企業認識到安全便捷的數據存儲設施對保護業務發展的必要性，采取的對策包括內部基礎設施冗余備份，以及遠程數據存儲。

當今的服務器都含有多個處理器核心，一片集成電路板便擁有高性能內存及I/O總線，以千兆赫茲時鐘頻率支持多個執行線程。這些多核的中央處理器需要更高的網絡帶寬來提高內部效率。而通過刀片服務器和機架式服務器增加服務器密度，令使用下一代10G以太網服務器有了適宜的土壤。未來具備高性能、高可用性特點的網絡將大行其道。

數據中心的另外一個發展趨勢是把服務器集群在一起，構成整體解決方案來驅動應用。今天一些大型的互聯網公司部署多達上萬個服務器，很多公司是把多個服務器集群在一起，構成一個服務器負載平衡的配置，以支持他們基于Web的應用程序。以太網是一種廣受認可的互連解決方案，升級至10G以太網群集互連方案，使得客戶不會有改用其他網絡技術的麻煩，便能擴展他們的集群方案，以實現帶寬的增長和性能的提升。

總之，采用多核處理器的服務器的加速部署、服務器虛擬化技術的應用以及高性能計算、數據庫集群、以太網存儲和視頻點播等高要求應用都在推動著從數據中心網絡架構核心到服務器網卡對10Gbps 以太網的需求。

3 網絡基礎構架需要前瞻性決定了10G的部署

今天的服務器會成為明天的桌面電腦，以太網數據量每5年提高10倍，帶寬成本下降速度遠高于落后網絡上信息包的傳輸速度，系統處理能力每18～24個月翻一倍，同時成本也在下降。未來5年，網絡上數據存儲與傳輸量將提高3倍，高性能計算、多站點合作、實時流媒體將在5年后令今天的網絡擁塞。

改進網絡性能，簡單地說，就是要消除瓶頸問題。目前，網絡瓶頸可能在于缺少足夠的帶寬，這可能是由于服務器驅動不足或是工作站技術過時。然而，眾所周知，在處理新應用、新技術的同時，還得繼續向更多的用戶提供更多的服務。

此外，在降低成本的同時，將網絡中斷及故障的風險降至最低，或說使正常的運行時間最大化。應當安裝有余量的、高性能、高品質的系統以應對未來技術、產品及應用發展可能要求的重大（且昂貴）升級。用戶只能綜合考慮可靠性、可擴展性、前瞻性，精心選擇系統，從而實現對風險的管理。對于網絡基礎設施而言，這種做法尤為正確。

處理能力的提高促使軟件開發者致力于開發功能強大的新軟件產品，對帶寬的要求越來越高。開發者不但利用日益提高的計算機CPU性能，同時也充分發揮速度更快的新興網絡技術優勢，再加上千兆接口成本不斷下降而日益成為多數新型計算機的標準配置。在桌面應用中，千兆網絡已成為現實，目光長遠的企業管理者必須為將來作打算。

同樣，大型企業對水平和主干網絡的帶寬需求也越來越高，以便為存儲區域網絡（SAN）、網絡附加存儲（NAS）、高性能計算和網格計算等應用提供支持。盡管這些應用程序只使用PC網絡流通量潛能的10%，但是隨著現在的處理器速率不斷提升，10Gbps的通信在未來五到十年內將成為現實（如圖1所示）。

圖1

4 10G應用已經成熟

在數據中心中已經越來越多地出現10G應用，這種應用以光纖接口和銅纜接口兩種形式出現。

光纖接口應用已經很成熟，并有大量的應用。在支持萬兆應用方面，OM3和OM4已經成為標準，這兩種光纖支持10G分別可以達到300m和550m，支持40/100G分別可以達到100m和125m。

現在，10G銅纜已經提到日程中，萬兆銅纜解決方案保證可以在UTP電纜上達到10Gbps的傳輸速率，其電氣性能達到或超過ANSI/TIA 568B.2-10的6A類標準和ISO/IEC 11801:2002 EA級布線標準，以及IEEE 802.3an 10GBase-T標準的要求。

10G以太網已走過了早期使用階段，正快速成為校園網、數據中心和運營商網絡中的主流聯網速度標準。截至2007年第2季度，全球共部署了750000多個10Gbps以太網交換機端口，在過去三年年均復合增長率超過100%。目前應用較多的是Intel?10GbE服務器網卡、Cisco?10GbE Catalyst交換機和SYSTIMAX?10GbE布線解決方案。

10Gbps局域網傳輸能力是綜合信道性能、編碼方案頻段、發射器信號等級、數字信號處理技術和所需比特誤差率等因素綜合實現的。一個或多個方面的改進影響或依賴于其他方面的改進。其中萬兆銅纜解決方案具有如下特點：保證信道性能達到或超過布線標準，最高支持500MHz；信道長度最長可達100m，最多支持4條連接，所有支持的距離和等級，均有優異的外部串擾干擾抑制性能。

萬兆銅纜解決方案在鄰近信道串擾的抑制上取得了革命性突破，超過了關于非屏蔽銅纜（UTP）的IEEE標準的要求。萬兆銅纜解決方案擁有最高達500MHz的優異的信道性能，所有這些都已通過最惡劣情況下真實安裝信道配置（也稱為“6包1”電纜配置）的測試和驗證。

從布線基礎設施的角度來看，安裝萬兆銅纜解決方案能夠以較低成本為不可預見的將來提供保障。綜合布線系統的數據傳輸能力受多種潛在衰減因素的影響。萬兆銅纜解決方案在插入損耗和各種形式的信道內及信道間串擾等關鍵參數方面具有無與倫比的性能表現，可以大幅提高帶寬、數據吞吐量和網絡效率。