25千兆與50千兆以太網是云級網絡更快更具經濟效益的互聯路線圖

25千兆與50千兆以太網是云級網絡更快更具經濟效益的互聯路線圖

隨著大數據的不斷發展，虛擬機數量的持續增長，人們對云負載的需求也隨之上升。因此，在光纖成本允許的情況下，各大型云運營商將選擇采用100千兆以太網架構來替代原有的網絡脊層。

當葉脊光鏈路遷移到100千兆以太網且CPU/存儲端點的需求高于10Gb/s網絡連接時，面向服務器和存儲的以太網下行鏈路將會發生何種變化？對于以布線成本為主要考慮因素的巨型數據中心（MSDC）來說，這些鏈路意味著需要最大數量的電纜部署。

目前，IEEE 802.3標準將40千兆以太網定義為繼10千兆以太網之后新一代更高速的網絡連接，這項標準指定了4條以10Gb/s運行的物理通道，用于實現鏈接伙伴之間的通信。作為這項規范的基礎，服務器網絡接口控制器（NIC）的物理通道數量增加了4倍，架頂式（TOR）交換機的銅芯線纜數量增加了4倍，交換機配備的串行器/解串器（SerDes）通道數量也增加了4倍。

40千兆以太網的性能是10千兆以太網的4倍，這就導致40千兆以太網所需的物理連接元件數量也增加了4倍。考慮到相應的成本支出，對于各端點工作負載剛剛超過10Gb/s閥值的數據中心運營商來說，40Gb/s可能是大材小用了。

25千兆與50千兆以太網概況

在芯片技術已經能夠支持100千兆以太網鏈接的今天，機架內以太網連接也需要比40千兆以太網更好的解決方案，解決之道很可能就是25千兆以太網技術。與40千兆以太網相同，100千兆以太網標準（CAUI-4，100GBASE-CR4，100GBASE-SR4）也使用了4條物理通道來支持鏈接伙伴之間的通信。由于4條通道的運行速率都高于25Gb/s，只要在100千兆的條件下運用按通道拆分的原則，即可在服務器/存儲端點與TOR交換機之間支持多個25千兆以太網端口。

最近，包括Arista Networks、博通、谷歌、微軟與Mellanox Technologies在內的公司宣布成立一個聯盟，全力推進全新的25千兆以太網標準的實施，提升大型數據中心內以太網的性能和電纜線路的效率。

具體來說，這個25千兆以太網聯盟提出了一個全新的25Gb/s和50Gb/s以太網規范，充分利用25Gb/s芯片技術和現有的10/40/100Gb/s IEEE標準，來定義TOR與NIC之間全新的高速下行鏈路端口。該規范目的是在10Gb/s后，仍能以最具成本效益的方式提高服務器/存儲帶寬，并將數據中心網絡的其他部分保持在最佳的100G上行鏈路之上。

該聯盟已將其25千兆與50千兆以太網規開放給了所有數據中心生態系統供應商和消費者，后者將幫助其創建和部署標準化且可互操作的規范，并被免除了版稅。該聯盟由極具影響力的云技術公司組建而成。聯盟并非要重新定義以太網，而是希望從現有的以太網標準中推斷出機架級互聯的主要性能和成本優化點，為網絡速度與數據中心輸入提供更好的路線圖。

在數量方面，相對于目前的10千兆或40千兆以太網連接，由“25千兆以太網聯盟”規范定義的25千兆和50千兆以太網鏈路能夠將各串行器/解串器（SerDes）通道及雙軸銅纜線纜的性能提升2.5倍，這樣的性能可將每單位帶寬的機架級互聯成本節約50％以上，顯著改善MSDC運營商的盈虧水平。此外，該規范的實施還能夠拓寬網絡規模（通常被稱為基數），并且，相比40千兆以太網服務器到TOR連接，它能在機架內支持更高的服務器密度。

用銅芯線纜獲得更快性能與更高基數

該規范規定：通過使用單一交換機/N I C SerDes通道，25千兆以太網鏈路所提供的帶寬相當于目前使用2對雙軸銅纜SFP+直連式銅纜（DAC）的10Gb/s鏈路所提供帶寬的2.5倍。通過使用2條以25Gb/s運行的交換機/NIC SerDes通道，50千兆以太網鏈路能夠提供比40千兆以太網鏈路多25％的帶寬。此外，和目前的QSFP+DAC布線相比，規范中僅使用了一半數量（4條）的雙軸銅纜。當各通道速率為25Gb/s時，交換機與NIC芯片運行速度將變得更快，而功耗只會有略微的上升。然而，在帶寬實現標準化后，成本與功耗方面的優勢將會更加明顯。

在機架端點，基于25Gb/s芯片技術的新一代NIC能夠從TOR交換機為服務器/存儲節點提供1個或2個25/50千兆以太網端口。在TOR的前面板上，簡潔的SFP28型連接器和3米DAC銅纜能夠用于25G下行鏈路，QSFP28端口能夠用于上行鏈路。另外，QSFP28 4x25G接口可以橫置于整個交換機前面板之上。通過這種方式，用戶完全可以對服務器下行鏈路與100G網絡上行鏈路的分配進行配置，并使用DAC分接布線靈活地為端點提供25G（1條通道）或50G（2條通道）以太網端口。布線拓撲與目前配有SFP+與QSFP+的高密度交換機拓撲基本上是相同的。由于25Gb/s與50Gb/s以太網的機架級互聯可以通過采用低成本的2對或4對雙軸銅纜來實現，運營商得以獲得最具優勢的布線成本。

將QSFP28 4x25G接口分接到符合業內標準的25G與50千兆以太網端口還能帶來另一個優勢，即能夠在有限的1U前面板尺寸限制下，將TOR交換機的端口密度最大化。目前業界所部署的1U TOR交換機帶有各種可插的QSFP+機箱，最多可支持32個40千兆以太網端口。通過將這些接口遷移至具有通道拆分能力的QSFP28，1U TOR交換機面板上將能夠支持更高的25千兆與50千兆以太網端口密度，并且能夠與目前所部屬的具有最高服務器密度的機架實現連接。

MSDC運營商通常需要處理超大規模的網絡數據流量，他們根據精心規劃的技術路線圖來建設網絡，以達到性能與資本支出和運營支出控制上的優化擴展。“25千兆以太網聯盟”的成員認為，只有打破以前構建的10/40/100千兆以太網互聯路線圖，才能保證數據中心接入層的傳輸。該聯盟目前致力于在云架構上把廣泛部署的25千兆與50千兆以太網端口與100千兆以太網結合起來，這將有望成為以太網性能-成本曲線上的新一個轉折點。

（文/Broadcom網絡交換機產品營銷總監Rochan Sankar）