40G/100G 以太網(wǎng)：虛擬化數(shù)據(jù)中心和園區(qū)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)

文｜思科系統(tǒng)公司 Gautam Chanda康普公司 Frank Yang

1 前言

虛擬化趨勢是顯而易見、始終如一的，根植于對成本和性能效率、業(yè)務(wù)靈活性以及IT部門生產(chǎn)效率的要求之中，這一趨勢不容忽視。然而，要充分發(fā)揮虛擬化環(huán)境的優(yōu)勢，在用戶連接、資源分配、基礎(chǔ)設(shè)施投資最大化等方面必須考慮某些因素。通過對40G/100G以太網(wǎng)（GbE）進(jìn)行有效規(guī)劃和部署，企業(yè)可以消除潛在的障礙，完全實(shí)現(xiàn)虛擬化環(huán)境的優(yōu)勢。

40G/100GbE是提高容量的關(guān)鍵，如果規(guī)劃得當(dāng)，可提供一條順利的升級路徑，因?yàn)樗鼘⒂诮诔蔀橹鲗?dǎo)標(biāo)準(zhǔn)。作為構(gòu)建下一代虛擬化數(shù)據(jù)中心和園區(qū)環(huán)境的關(guān)鍵基礎(chǔ)之一，40G/100GbE已開始走上發(fā)展的快車道。本文將描述面向虛擬化數(shù)據(jù)中心和園區(qū)的40G/100GbE架構(gòu)。IT管理人員越來越清晰地認(rèn)識到40G/100GbE的顯著優(yōu)勢，看到其作為數(shù)據(jù)中心和園區(qū)商業(yè)建筑互聯(lián)方案的巨大潛力。

在經(jīng)濟(jì)層面，40G/100GbE市場的進(jìn)入壁壘不斷降低。將來升級到40G/100GbE網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可以使目前對10GbE網(wǎng)絡(luò)的資本投入得到有效保護(hù)。本文中的以太網(wǎng)交換和光纖布線示例顯示：55%的交換設(shè)備可以得到保護(hù)；57%的光纖布線投資可以得到保留。

在可用性方面，越來越多的供應(yīng)商開始為40G/100GbE生態(tài)系統(tǒng)提供解決方案，而Ethernet Alliance?已多次舉辦40G/100GbE技術(shù)的多供應(yīng)商互操作活動(dòng)，Cisco?和CommScope?都積極地參與了這些活動(dòng)。因此，人們在提前部署方面對封閉的供應(yīng)商關(guān)系的擔(dān)憂已經(jīng)消失殆盡。一方面，多家供應(yīng)商的參與提高了市場供貨量，另一方面，市場的廣泛普及降低了部署成本，在這些因素的作用下，40G/100GbE基礎(chǔ)設(shè)施成為了一種可靠、明智的投資，目前和未來都是如此。

40G/100GbE不斷增加的吸引力使其成為了人們的最佳選擇，成為了新一代高帶寬虛擬化應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)配置。其卓越的性能以及在虛擬化環(huán)境中突出的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢進(jìn)一步加速了其普及的步伐。

圖1是基于40G/100GbE的虛擬化數(shù)據(jù)中心和園區(qū)架構(gòu)。

圖1 基于40/100GbE的虛擬化數(shù)據(jù)中心和園區(qū)架構(gòu)

（1）虛擬化數(shù)據(jù)中心

真正的數(shù)據(jù)中心虛擬化是端到端虛擬化，包括服務(wù)器虛擬化、存儲虛擬化和網(wǎng)絡(luò)虛擬化，可以帶來多種多樣的優(yōu)勢。虛擬機(jī)和虛擬網(wǎng)絡(luò)部署起來非常快捷，其能效和容量可以根據(jù)各種工作負(fù)載的需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，不會(huì)造成資源浪費(fèi)。災(zāi)難恢復(fù)的速度更快，而且初始和持續(xù)成本也低于傳統(tǒng)的非虛擬化模式。

在走向虛擬化數(shù)據(jù)中心和云的旅途中，數(shù)據(jù)中心管理人員會(huì)遇到諸多設(shè)計(jì)和運(yùn)營方面的挑戰(zhàn)。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)最顯著的一個(gè)挑戰(zhàn)是為目前以及可以預(yù)見未來的應(yīng)用提供足夠的帶寬。借助聚合式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，正成為服務(wù)器接入網(wǎng)絡(luò)的事實(shí)，選擇10GbE也可能成為存儲接入網(wǎng)絡(luò)的良好選擇。有了接入層的10GbE，建議在數(shù)據(jù)中心的聚合層和核心層部署40G/100GbE，在這些關(guān)鍵部位，40G/100GbE可以消除以前妨礙虛擬化數(shù)據(jù)中心發(fā)揮其最大潛力的障礙。

（2）虛擬化園區(qū)

在園區(qū)網(wǎng)絡(luò)中，視頻是一種快速增長的應(yīng)用。視頻應(yīng)用不僅僅是視頻會(huì)議或視頻流。企業(yè)視頻應(yīng)用包括桌面高清視頻、視頻電話、企業(yè)電視、IP視頻監(jiān)控和其他視頻生成及共享等。自帶移動(dòng)設(shè)備（BYOD）是園區(qū)網(wǎng)絡(luò)中涌現(xiàn)的另一風(fēng)潮。視頻、語音、數(shù)據(jù)和BYOD對園區(qū)的分發(fā)網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了極大的壓力。

與園區(qū)中傳統(tǒng)的第2層和第3層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)相比，核心網(wǎng)絡(luò)和分發(fā)網(wǎng)絡(luò)可以通過虛擬交換系統(tǒng)（VSS），利用 Cisco?Catalyst?6500系列交換機(jī)實(shí)現(xiàn)虛擬化。VSS是一種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)虛擬化技術(shù)，將兩個(gè)或以上的思科Catalyst 6500系列交換機(jī)匯聚成一個(gè)虛擬交換機(jī)。VSS通過自動(dòng)負(fù)載共享調(diào)節(jié)系統(tǒng)的帶寬容量。VSS通過簡化網(wǎng)絡(luò)、使交換機(jī)管理開銷降低50%以上，從而提高運(yùn)營效率。VSS增進(jìn)持續(xù)通信，不會(huì)造成應(yīng)用服務(wù)中斷。VSS可以增強(qiáng)現(xiàn)有的多層交換架構(gòu)，而不會(huì)從根本上改變架構(gòu)，從而增進(jìn)技術(shù)普及和遷移的便利性。

2 生態(tài)系統(tǒng)解決方案

表1為思科和康普出品的40G/100GbE以太網(wǎng)交換和網(wǎng)絡(luò)布線解決方案示例。

表1 40/100GbE生態(tài)系統(tǒng)

面向思科Catalyst 6500系列交換機(jī)的新型思科Catalyst 6900系列4端口40GbE光纖模塊（WS-X6904-40G）專門針對以下部署環(huán)境而開發(fā)：企業(yè)園區(qū)分發(fā)層和核心層、傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心與10G網(wǎng)絡(luò)聚合、城區(qū)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)中心互聯(lián)以及多功能服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)。這些應(yīng)用都要求高性能數(shù)據(jù)吞吐量以及卓越的安全性、可管理性、虛擬化和服務(wù)質(zhì)量。

圖2 思科Catalyst 10G和40G光纖模塊和光學(xué)收發(fā)器

WS-X6904-40G模塊支持10GbE和40GbE兩種接口。圖2為思科Catalyst 6500系列交換機(jī)的10GbE和40GbE接口。這種新模塊是支持以單一格式同時(shí)連接10GbE和40GbE的唯一解決方案，有利于提高遷移的靈活性。WS-X6904-40G模塊還有許多令人興奮的其他特有新功能，比如利用SGT（安全組標(biāo)記）和SGACL（安全組訪問控制列表）以及基于IEEE 802.1AE MACsec（基于MAC的安全機(jī)制）標(biāo)準(zhǔn)的鏈路逐段加密來實(shí)現(xiàn)基于角色的端到端安全部署的CTS（Cisco Trust Sec）、VNTag（虛擬網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽）和多種服務(wù)質(zhì)量功能。40GbE光纖模塊是構(gòu)建園區(qū)核心網(wǎng)絡(luò)的完美選擇，它可以把園區(qū)核心/分發(fā)層網(wǎng)絡(luò)中的VSS物理交換機(jī)相互連接起來。也可用于在園區(qū)網(wǎng)絡(luò)分發(fā)層把接入交換機(jī)連接到VSS。目前，用戶們已開始廣泛部署這種模塊，并用于四個(gè)10GbE鏈路，一直到真正需要40GbE通道為止。

康 普 SYSTIMAX?InstaPATCH?360 預(yù)端接光纖解決方案可以支持?jǐn)?shù)據(jù)中心當(dāng)前的10GbE速率，同時(shí)為最終的40GbE/100GbE升級做好準(zhǔn)備。這些解決方案同時(shí)在收發(fā)器和系統(tǒng)兩個(gè)層次，在多家供應(yīng)商的封閉式和向公眾開放的環(huán)境中進(jìn)行了測試、認(rèn)證和演示。結(jié)果反復(fù)表明，InstaPATCH?360預(yù)端接光纖解決方案和LazrSPEED?多模光纖解決方案遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了IEEE Std.802.3baTM-2010“40G和100G以太網(wǎng)”標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的光纜長度。

SYSTIMAX?InstaPATCH?360預(yù)端接光纖解決方案采用的是標(biāo)準(zhǔn)方法B極點(diǎn)方案。選擇該光纖解決方案的客戶不但得到了高性能、優(yōu)質(zhì)的光纖解決方案，同時(shí)也買來了放心：無論何時(shí)何地需要，其數(shù)據(jù)中心光纖布線基礎(chǔ)設(shè)施都能支持40G/100GbE。最終的升級過程可能是一種簡單的程序。SYSTIMAX?InstaPATCH?360預(yù)端接光纖解決方案的示例如圖3所示。

3 旨在實(shí)現(xiàn)最大投資回報(bào)的解決方案

借助思科的交換解決方案以及康普的布線解決方案，不但目前可以輕松部署10GbE，未來還能無縫升級到40G/100GbE網(wǎng)絡(luò)。 思科Catalyst 6500 E系列底座、6900系列10GbE和40GbE模塊以及Supervisor T2模塊使升級變得無比簡便。通過重新部署共用組件，可以實(shí)現(xiàn)對最終用戶投資的保護(hù)。共用交換組件可能包括一個(gè)Catalyst 6500 E系列底座、一個(gè)監(jiān)控模塊Sup2T和兩個(gè)電源。如圖4所示，當(dāng)從10GbE升級時(shí)，對于40GbE短距（SR）共用組件，最終用戶可以節(jié)省55%的資本費(fèi)用，40GbE長距（LR）則可節(jié)省47%。

圖4 園區(qū)中的40GbE部署

類似地，康普SYSTIMAX?InstaPATCH 360預(yù)端接光纖解決方案可實(shí)現(xiàn)10GbE到40/100GbE的無縫遷移，同時(shí)還能有效保護(hù)投資。典型的預(yù)端接多模光纖通道由設(shè)備、跳線、配線架或托架和多多芯推拉式（MPO）中繼電纜構(gòu)成。10G、40G和10G以太網(wǎng)鏈路中的光纖信道如圖5所示。值得注意的是，圖5中三個(gè)信道的共用布線組件都是預(yù)端接中繼光纜。圖5同時(shí)從當(dāng)今的10GbE升級到未來的40GbE或100GbE提供了一條布線基礎(chǔ)設(shè)施遷移途徑。

圖5 從10GbE到40/100GbE的光纖布線遷移

每條物理以太網(wǎng)鏈路都有一個(gè)布線信道。四條10GbE鏈路（或信道）、一條40GbE鏈路、10條10GbE鏈路和一條100GbE鏈路的布線成本分別如圖6所示。其計(jì)算方法是，將全部布線組件的成本相加求和，然后除以對應(yīng)速率的以太網(wǎng)鏈路（或布線信道）的數(shù)量，最后得到的商即為該成本。

通過重用共用布線組件——此處為SYSTIMAX?InstaPATCH?360 中 繼 電 纜 和360G2-1U模塊化托架，最終用戶可以從當(dāng)今的10GbE遷移到未來的40GbE或100GbE時(shí)，在多模光纖布線方面節(jié)省57%的資本費(fèi)用。

圖6為4×10G和10×10G光纖布線的成本，并分別與相對應(yīng)的40GbE和100GbE進(jìn)行了對比。在此例中，1×40G的光纖布線成本接近4×10G，而1×100G的成本則比10×10G低19%。

圖6 預(yù)端接光纖布線的投資保護(hù)示例

您可能感到很奇怪，在從4×10G遷移到1×40G以及從10×10G遷移到1×100G時(shí)，MPO電纜的成本為什么會(huì)增加？這是因?yàn)椋瑢τ?0GbE，由于有光纖未使用，所以只有部分中繼電纜成本進(jìn)行了攤銷；但對于40G和100G來說，攤銷的是全部中繼電纜的成本。換言之，在4×10G情況下，6個(gè)可能光纖電路中只會(huì)使用4個(gè)，因此，只計(jì)算了4/6的成本。類似地，對于10×10G情況，12個(gè)可能光纖電路中只會(huì)使用10個(gè)，因此只計(jì)算了10/12的成本。

請注意，對最終用戶來說，57%的投資保護(hù)率并非節(jié)省的唯一成本。當(dāng)分發(fā)層網(wǎng)絡(luò)和核心層網(wǎng)絡(luò)遷移到40G/100GbE時(shí)，設(shè)備和跳線可以重新用于網(wǎng)絡(luò)的其他部分：比如，10GbE的接入層網(wǎng)絡(luò)，甚至光纖信道SAN網(wǎng)絡(luò)。如此一來，最終用戶進(jìn)一步提高投資保護(hù)率。

4 結(jié)束語

40G/100GbE的持續(xù)普及已經(jīng)開始重新定義現(xiàn)有的IT格局。這只是虛擬化數(shù)據(jù)中心和園區(qū)所需要的新一代高帶寬連接性能的第一步。隨著40G/100GbE繼續(xù)顯現(xiàn)出虛擬化環(huán)境的全部性能和經(jīng)濟(jì)潛力，隨著園區(qū)部署的不斷增多，40G/100GbE必將因出色的實(shí)踐性、速率和可靠性，使其作為新標(biāo)準(zhǔn)的地位得到進(jìn)一步鞏固。由于40G/100GbE不但能快速發(fā)揮效益，而且提供了一條最佳的升級途徑，因此，慧眼獨(dú)具的IT管理者們必將在任何升級計(jì)劃或新部署計(jì)劃中將40G/100GbE當(dāng)作一個(gè)關(guān)鍵的組成部分，尤其是那些需要在數(shù)據(jù)中心之間以及數(shù)據(jù)中心和寫字樓內(nèi)部實(shí)現(xiàn)全園連接的計(jì)劃。憑借其卓越的性能和可靠性，思科Catalyst 6500系列交換機(jī)及其40GbE光纖模塊以及康普SYSTIMAX InstaPATCH 360預(yù)端接LazrSPEED和TeraSPEED?光纖解決方案，將會(huì)帶給您豐厚的回報(bào)。