40G/100G 以太網：虛擬化數據中心和園區網絡的基礎

文｜思科系統公司 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、業務靈活性以及IT部門生產效率的要求之中，這一趨勢不容忽視。然而，要充分發揮虛擬化環境的優勢，在用戶連接、資源分配、基礎設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（GbE）進行有效規劃和部署，企業可以消除潛在的障礙，完全實現虛擬化環境的優勢。

40G/100GbE是提高容量的關鍵，如果規劃得當，可提供一條順利的升級路徑，因為它將于近期成為主導標準。作為構建下一代虛擬化數據中心和園區環境的關鍵基礎之一，40G/100GbE已開始走上發展的快車道。本文將描述面向虛擬化數據中心和園區的40G/100GbE架構。IT管理人員越來越清晰地認識到40G/100GbE的顯著優勢，看到其作為數據中心和園區商業建筑互聯方案的巨大潛力。

在經濟層面，40G/100GbE市場的進入壁壘不斷降低。將來升級到40G/100GbE網絡時，可以使目前對10GbE網絡的資本投入得到有效保護。本文中的以太網交換和光纖布線示例顯示：55%的交換設備可以得到保護；57%的光纖布線投資可以得到保留。

在可用性方面，越來越多的供應商開始為40G/100GbE生態系統提供解決方案，而Ethernet Alliance?已多次舉辦40G/100GbE技術的多供應商互操作活動，Cisco?和CommScope?都積極地參與了這些活動。因此，人們在提前部署方面對封閉的供應商關系的擔憂已經消失殆盡。一方面，多家供應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基礎設施成為了一種可靠、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用的標準配置。其卓越的性能以及在虛擬化環境中突出的經濟優勢進一步加速了其普及的步伐。

圖1是基于40G/100GbE的虛擬化數據中心和園區架構。

圖1 基于40/100GbE的虛擬化數據中心和園區架構

（1）虛擬化數據中心

真正的數據中心虛擬化是端到端虛擬化，包括服務器虛擬化、存儲虛擬化和網絡虛擬化，可以帶來多種多樣的優勢。虛擬機和虛擬網絡部署起來非常快捷，其能效和容量可以根據各種工作負載的需求進行動態調節，不會造成資源浪費。災難恢復的速度更快，而且初始和持續成本也低于傳統的非虛擬化模式。

在走向虛擬化數據中心和云的旅途中，數據中心管理人員會遇到諸多設計和運營方面的挑戰。網絡設計最顯著的一個挑戰是為目前以及可以預見未來的應用提供足夠的帶寬。借助聚合式網絡技術，正成為服務器接入網絡的事實，選擇10GbE也可能成為存儲接入網絡的良好選擇。有了接入層的10GbE，建議在數據中心的聚合層和核心層部署40G/100GbE，在這些關鍵部位，40G/100GbE可以消除以前妨礙虛擬化數據中心發揮其最大潛力的障礙。

（2）虛擬化園區

在園區網絡中，視頻是一種快速增長的應用。視頻應用不僅僅是視頻會議或視頻流。企業視頻應用包括桌面高清視頻、視頻電話、企業電視、IP視頻監控和其他視頻生成及共享等。自帶移動設備（BYOD）是園區網絡中涌現的另一風潮。視頻、語音、數據和BYOD對園區的分發網絡和核心網絡構成了極大的壓力。

與園區中傳統的第2層和第3層網絡設計相比，核心網絡和分發網絡可以通過虛擬交換系統（VSS），利用 Cisco?Catalyst?6500系列交換機實現虛擬化。VSS是一種網絡系統虛擬化技術，將兩個或以上的思科Catalyst 6500系列交換機匯聚成一個虛擬交換機。VSS通過自動負載共享調節系統的帶寬容量。VSS通過簡化網絡、使交換機管理開銷降低50%以上，從而提高運營效率。VSS增進持續通信，不會造成應用服務中斷。VSS可以增強現有的多層交換架構，而不會從根本上改變架構，從而增進技術普及和遷移的便利性。

2 生態系統解決方案

表1為思科和康普出品的40G/100GbE以太網交換和網絡布線解決方案示例。

表1 40/100GbE生態系統

面向思科Catalyst 6500系列交換機的新型思科Catalyst 6900系列4端口40GbE光纖模塊（WS-X6904-40G）專門針對以下部署環境而開發：企業園區分發層和核心層、傳統數據中心與10G網絡聚合、城區以太網數據中心互聯以及多功能服務提供商網絡。這些應用都要求高性能數據吞吐量以及卓越的安全性、可管理性、虛擬化和服務質量。

圖2 思科Catalyst 10G和40G光纖模塊和光學收發器

WS-X6904-40G模塊支持10GbE和40GbE兩種接口。圖2為思科Catalyst 6500系列交換機的10GbE和40GbE接口。這種新模塊是支持以單一格式同時連接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的安全機制）標準的鏈路逐段加密來實現基于角色的端到端安全部署的CTS（Cisco Trust Sec）、VNTag（虛擬網絡標簽）和多種服務質量功能。40GbE光纖模塊是構建園區核心網絡的完美選擇，它可以把園區核心/分發層網絡中的VSS物理交換機相互連接起來。也可用于在園區網絡分發層把接入交換機連接到VSS。目前，用戶們已開始廣泛部署這種模塊，并用于四個10GbE鏈路，一直到真正需要40GbE通道為止。

康 普 SYSTIMAX?InstaPATCH?360 預端接光纖解決方案可以支持數據中心當前的10GbE速率，同時為最終的40GbE/100GbE升級做好準備。這些解決方案同時在收發器和系統兩個層次，在多家供應商的封閉式和向公眾開放的環境中進行了測試、認證和演示。結果反復表明，InstaPATCH?360預端接光纖解決方案和LazrSPEED?多模光纖解決方案遠遠超過了IEEE Std.802.3baTM-2010“40G和100G以太網”標準中規定的光纜長度。

SYSTIMAX?InstaPATCH?360預端接光纖解決方案采用的是標準方法B極點方案。選擇該光纖解決方案的客戶不但得到了高性能、優質的光纖解決方案，同時也買來了放心：無論何時何地需要，其數據中心光纖布線基礎設施都能支持40G/100GbE。最終的升級過程可能是一種簡單的程序。SYSTIMAX?InstaPATCH?360預端接光纖解決方案的示例如圖3所示。

3 旨在實現最大投資回報的解決方案

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網絡。 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，可以實現對最終用戶投資的保護。共用交換組件可能包括一個Catalyst 6500 E系列底座、一個監控模塊Sup2T和兩個電源。如圖4所示，當從10GbE升級時，對于40GbE短距（SR）共用組件，最終用戶可以節省55%的資本費用，40GbE長距（LR）則可節省47%。

圖4 園區中的40GbE部署

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

圖5 從10GbE到40/100GbE的光纖布線遷移

每條物理以太網鏈路都有一個布線信道。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。其計算方法是，將全部布線組件的成本相加求和，然后除以對應速率的以太網鏈路（或布線信道）的數量，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，最終用戶可以從當今的10GbE遷移到未來的40GbE或100GbE時，在多模光纖布線方面節省57%的資本費用。

圖6為4×10G和10×10G光纖布線的成本，并分別與相對應的40GbE和100GbE進行了對比。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 預端接光纖布線的投資保護示例

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，MPO電纜的成本為什么會增加？這是因為，對于10GbE，由于有光纖未使用，所以只有部分中繼電纜成本進行了攤銷；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個可能光纖電路中只會使用4個，因此，只計算了4/6的成本。類似地，對于10×10G情況，12個可能光纖電路中只會使用10個，因此只計算了10/12的成本。

請注意，對最終用戶來說，57%的投資保護率并非節省的唯一成本。當分發層網絡和核心層網絡遷移到40G/100GbE時，設備和跳線可以重新用于網絡的其他部分：比如，10GbE的接入層網絡，甚至光纖信道SAN網絡。如此一來，最終用戶進一步提高投資保護率。

4 結束語

40G/100GbE的持續普及已經開始重新定義現有的IT格局。這只是虛擬化數據中心和園區所需要的新一代高帶寬連接性能的第一步。隨著40G/100GbE繼續顯現出虛擬化環境的全部性能和經濟潛力，隨著園區部署的不斷增多，40G/100GbE必將因出色的實踐性、速率和可靠性，使其作為新標準的地位得到進一步鞏固。由于40G/100GbE不但能快速發揮效益，而且提供了一條最佳的升級途徑，因此，慧眼獨具的IT管理者們必將在任何升級計劃或新部署計劃中將40G/100GbE當作一個關鍵的組成部分，尤其是那些需要在數據中心之間以及數據中心和寫字樓內部實現全園連接的計劃。憑借其卓越的性能和可靠性，思科Catalyst 6500系列交換機及其40GbE光纖模塊以及康普SYSTIMAX InstaPATCH 360預端接LazrSPEED和TeraSPEED?光纖解決方案，將會帶給您豐厚的回報。