高速以太網(wǎng)規(guī)劃部署指南

作者：范范 2011-10-28 12:33:14

10G以太網(wǎng)已經(jīng)在去年被推出。在IEEE802.3ba規(guī)范在2010年看中被批準(zhǔn)后，目前基于標(biāo)準(zhǔn)的40-和100G以太網(wǎng)交換機(jī)和路由器已開始逐步在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中部署。

其中的動(dòng)因很容易被理解：高速下行鏈路需求速度更快的上行鏈路。目前的解決方案、多個(gè)10G以太網(wǎng)鏈路的鏈路聚合工作的良好，但是僅僅是提高了速度。

與此同時(shí)，針對(duì)高性能應(yīng)用的服務(wù)器如今也開始使用10G網(wǎng)卡，并且需要交換機(jī)具備更快的上行鏈路。用不了多久10G端口就會(huì)成為服務(wù)器主板的標(biāo)準(zhǔn)配置，就如同千兆以太網(wǎng)是現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)配置一樣。

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)管理員來說，向更高速度的以太網(wǎng)遷移正發(fā)如同以太網(wǎng)聯(lián)盟所說的那樣，肯定需要有一些變化。這些變化大部分是在物理層面(比如新型網(wǎng)線)。同時(shí)，一些監(jiān)控和管理設(shè)備可能無法跟上HSE(高速以太網(wǎng))發(fā)展。

此外，HSE可以幫助降低10G以太網(wǎng)設(shè)備的價(jià)格。美國最大的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商(ISP)的一名高級(jí)架構(gòu)師稱：“與其說是100G以太網(wǎng)部署的前奏，不如說HSE正在拉低10G以太網(wǎng)的價(jià)格。如果更高速度的以太網(wǎng)非常優(yōu)秀，那么擁有能夠負(fù)擔(dān)得起的價(jià)格并且商品化超過10G以太網(wǎng)的更高速度以太網(wǎng)更棒。”

與其說HSE是一場(chǎng)革命，倒不如說是它們?nèi)〉昧碎L足的進(jìn)步。致力于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)專業(yè)人員將會(huì)用率先感受到40G-和100G以太網(wǎng)。盡管如此，對(duì)于我們來說，理解哪些是新功能非常重要。

設(shè)計(jì)上沒有變化

向40G-和100G以太網(wǎng)遷移不需要修改上層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議或是應(yīng)用。美國網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)咨詢公司TorreyPoint集團(tuán)的網(wǎng)絡(luò)工程總監(jiān)BrandonRoss稱：“它們的上層結(jié)構(gòu)看起來沒有什么變化。因此沒有任何需要修改的地方。”

這意味著，在交換機(jī)之間使用快速生成樹協(xié)議(RSTP)和在路由器之間使用開放最短路徑優(yōu)先協(xié)議(OSPF)的網(wǎng)絡(luò)能夠在HSE端口中繼續(xù)使用這些協(xié)議，不需要進(jìn)行配置調(diào)整。

在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中添加HSE端口，應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫和服務(wù)器群同樣也不會(huì)受到什么影響。盡管Ross提醒，高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用將不可避免的暴露出以前不曾經(jīng)被注意到的瓶頸，不過更低的延遲率和更高的響應(yīng)速度將是最明顯的成效。比如，網(wǎng)絡(luò)遲延以前掩蓋了磁盤的I/O瓶頸，如果目前HSE的速度超過了磁盤的I/O速度，那么應(yīng)用性能將不會(huì)像預(yù)期的那樣有大幅提升。

在HSE部署中有一個(gè)非常關(guān)鍵的問題：即便協(xié)議已經(jīng)做好了準(zhǔn)備，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施是否已經(jīng)為高速以太網(wǎng)做好了準(zhǔn)備?#p#

保持一致

隨著速度的提升，網(wǎng)絡(luò)管理和安全系統(tǒng)方面將對(duì)捕獲與監(jiān)控信息提出更高的需求。正如一名老話說的那樣“你無法管理你看不到的東西。”換句話說，雖然網(wǎng)絡(luò)速度變得更快了，但是看到所有信息的需求不會(huì)消失。

向HSE的遷移可能升級(jí)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和安全設(shè)備，如防火墻和入侵偵測(cè)/防止系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)管理員被建議就設(shè)備的不掉幀的最大幀速率與廠商進(jìn)行核對(duì)。

高速以太網(wǎng)對(duì)使用加密套接字協(xié)議層(SSL)的安全設(shè)備提出了挑戰(zhàn)。在千兆和萬兆網(wǎng)絡(luò)中，加密和解密SSL信息需要專用的硬件。在處理SSL信息中，即便有硬件的幫助，安全設(shè)備將會(huì)大幅降低信息的傳輸速度。

在HSE中，SSL信息的性能制約很明顯。除了利用現(xiàn)有的安全設(shè)備來緩解SSL性能瓶頸處，網(wǎng)絡(luò)管理員還希望考慮部署專用的SSL加解密系統(tǒng)。

另一個(gè)關(guān)注點(diǎn)是以太網(wǎng)交換機(jī)中的“分析”或監(jiān)控端口性能。該功能允許輸入或輸出交換機(jī)某一端口(或兩者同時(shí)進(jìn)行)的數(shù)據(jù)能夠被復(fù)制到另一個(gè)端口，以重新定向至一個(gè)外部分析器中。某些交換機(jī)支持多監(jiān)控實(shí)例。在HSE環(huán)境下，關(guān)鍵問題是在不掉幀的40-或100G以太網(wǎng)鏈路中，交換機(jī)能夠復(fù)制被監(jiān)控的信息

即便交換機(jī)支持這種功能，分析器能否實(shí)時(shí)捕捉到這些包也是一個(gè)問題。而基于軟件的協(xié)議分析器無法勝任這一任務(wù)。

我們所需要的是能夠在40G-和100G以太網(wǎng)中完整捕捉信息的、基于硬件的分析器。同時(shí)分析器還需要更大的存儲(chǔ)容量。在100Gbps速率下，分析器每分鐘需要存儲(chǔ)750GB的數(shù)據(jù)。在40Gbps速率下，存儲(chǔ)需求只需要每分鐘296GB，不過我們需要知道這些數(shù)值僅是一個(gè)端口的需求。基于硬件的監(jiān)控工具通常同時(shí)捕獲多個(gè)饋入，每個(gè)端口都有著相當(dāng)大的存儲(chǔ)需求。

監(jiān)控表單中的最后一項(xiàng)是HSE環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)分流—線路分離能力。并不是所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都整合了監(jiān)控能力，由于管理或技術(shù)原因，還有許多設(shè)備沒有監(jiān)控能力。

在許多情況下，需要外部網(wǎng)絡(luò)分流器。在銅纜和光纖介質(zhì)中，每個(gè)設(shè)備都有2至12個(gè)端口。與所有的HSE信息監(jiān)控設(shè)備一樣，這些設(shè)備的關(guān)鍵問題是能夠適合不掉包的40G-和100Gbps傳輸速率。#p#

一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)多重風(fēng)格

在鏈路層，HSE的許多重要特點(diǎn)是它們?cè)谠S多方面與以前的以太網(wǎng)版本極像。以太網(wǎng)著名的幀格式并沒有被觸及。幀間空隙并沒有發(fā)生改變。64和1,518字節(jié)的最小與最大幀間距值也都沒有變化(為了適應(yīng)隧道技術(shù)與VLAN規(guī)模機(jī)制，IEEE在數(shù)年前就已經(jīng)將最大“包絡(luò)”值擴(kuò)大到了2,000字節(jié))。在幀內(nèi)容上，新版本也和以前的版本一樣沒有任何變化。

像早期版本一樣，HSE的多物理層定義是為了容納不同間距和介質(zhì)的需求。某個(gè)版本的不同風(fēng)格僅僅是為內(nèi)部設(shè)備基架準(zhǔn)備的，基于銅質(zhì)或光纖版本的版本是為了在數(shù)據(jù)中心中使用準(zhǔn)備的，而100G以太網(wǎng)的長途版本是為了監(jiān)控40公里以上信息傳輸準(zhǔn)備的。

對(duì)于企業(yè)數(shù)據(jù)中心和許多校園網(wǎng)絡(luò)，最遠(yuǎn)可以監(jiān)控125米信息傳輸?shù)亩掏景姹揪哂凶罴训男詢r(jià)比，最受關(guān)注。對(duì)于距離較遠(yuǎn)的部署，如在校園之間或都會(huì)區(qū)部署的高速鏈路，可監(jiān)控10公里或40公里的長途版本可能更為合適。#p#

物理層上的變化

盡管HSE在上層協(xié)議中不需要調(diào)整，但是它們?cè)谖锢韺由蠀s有著很大的差異。40G-和100Gbps技術(shù)不僅僅需要交換機(jī)和路由器安裝新型收發(fā)器，而且還需要新型纜線、新型連接器和端口。HSE的普及不單單是為交換機(jī)和路由器購買速度更快的刀片式服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也需要改良線纜設(shè)備和測(cè)試距離限制。

線路概念促進(jìn)了許多新需求。在目前的千兆和萬兆以太網(wǎng)產(chǎn)品中，信息在每個(gè)方面使用單一的路徑。這些在萬兆速率中工作良好，但是在更高速率下，高速光通信中的調(diào)制信號(hào)表現(xiàn)的非常不理想。工程人員開始在目前的HSE產(chǎn)品中改用并行光通信技術(shù)，其可以分離出通過線路中的信息，這些線路均由多個(gè)渠道組成，每個(gè)的速率都為10Gbps，并且都使用專用的光纖。

盡管目前100G以太網(wǎng)端口在每個(gè)方向使用的是10線技術(shù)，但是40G以太網(wǎng)采用的是4線技術(shù)。

向單線HSE端口的演進(jìn)目前正在進(jìn)行中。IEEE802.3ba規(guī)范描述電氣端口應(yīng)當(dāng)與每個(gè)方向的一個(gè)單線協(xié)同工作，但是目前符合這些規(guī)范的產(chǎn)品還沒有出貨。目前40G和100G暫時(shí)還在使用多線技術(shù)，直至為光纖和銅纜提出新的布線需求才會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變。#p#

光纖尺寸正逐漸加粗

10G以太網(wǎng)使用的是雙芯光纜，與10G以太網(wǎng)不同，40G以太網(wǎng)目前使用的光纜是12芯：兩組四芯光纖用于向各個(gè)方向發(fā)送信息，在兩組光纖之間還有留下四芯光纖用于備份。

多線的100G以太網(wǎng)需要更粗的光纜。因此使用的是24芯光纜：兩個(gè)陣列的光纖用于向各個(gè)方向傳輸信息，每個(gè)陣列由10芯光纖組成，在每個(gè)方向各留下2芯光纖用于備份。

40G-和100G規(guī)格的HSE需求“激光優(yōu)化”處理的光纜。對(duì)于多模光纖來說，這意味著在100米之內(nèi)使用OM3光纜。OM4光纜支持的最大距離為125米。

OM3和OM4光纜(多使用淺綠色，以與老式的OM1和OM2進(jìn)行區(qū)分，后兩種類型的光纜使用的是橙色)被推薦用于10G以太網(wǎng)，但是這并不意味著OM3和OM4光纜能夠在10G和40G端口之間進(jìn)行互換。

HSE還需要新型光纜，不過TorreyPoint的Ross指出，向云計(jì)算的遷移將終結(jié)端口和光纖需求日益降低的趨勢(shì)。他稱：“在網(wǎng)絡(luò)上行鏈路中，人們目前使用的是多重、匯聚的10G連接。當(dāng)他們向100G以太網(wǎng)遷移時(shí)，他們實(shí)際上會(huì)降低對(duì)光纖的需求。”

在HSE光纜中有兩個(gè)重要變化：光纖數(shù)量和收發(fā)器類型。多線HSE光纜使用的是12芯或24芯，而10G以太網(wǎng)使用的是兩芯。因此，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃師應(yīng)詳細(xì)說明需要使用的是10G、40G還是100G以太網(wǎng)用的OM3或OM4光纜。

通常用于40G以太網(wǎng)的收發(fā)器被稱為增強(qiáng)版四通道小型可插拔收發(fā)器(QSFP+)。這種連接器可用于光纖和銅質(zhì)電纜，類似于在10G以太網(wǎng)中使用的SFP+連接器的放大版。四通道指的是有四對(duì)傳輸與接收線路。盡管QSFP+收發(fā)器目前僅支持40G以太網(wǎng)，但是在線路傳輸速度提升后，他們可能在未來會(huì)支持100G以太網(wǎng)。

目前，100G端口使用的是C封裝熱插拔收發(fā)器(CFP)，其要比智能手機(jī)和支持24芯單模光纜在外形方面稍大。雖然QSFP+更為普及，但CFP收發(fā)器也可以支持多模光纖和銅質(zhì)電纜。CFP的小型化版本被稱為CXP，支持各種HSE版本，但是并未被廣泛使用。

與光纖相比，對(duì)銅質(zhì)電纜的需求要簡單許多。和光纖一樣，HSE銅質(zhì)電纜使用的是多傳輸與接收通道，在10G以太網(wǎng)中每個(gè)可以承載一個(gè)線路。

銅端口可用于40G和100G的高速以太網(wǎng)，但是僅用于短距應(yīng)用，如在一個(gè)機(jī)架中進(jìn)行連接或在數(shù)據(jù)中心兩個(gè)毗鄰機(jī)架間進(jìn)行連接。根據(jù)目前使用情況，HSE銅介質(zhì)連接最遠(yuǎn)距離約為7米。

用于40G以太網(wǎng)的QSFP+收發(fā)器為銅介質(zhì)。某些大型企業(yè)數(shù)據(jù)中心已經(jīng)使用10/40G機(jī)架頂交換機(jī)。對(duì)于10G服務(wù)器連接，它們支持48個(gè)SFP+端口，對(duì)于交換機(jī)與交換機(jī)之間40G以太網(wǎng)上行鏈路，其支持4個(gè)QSFP+端口。

向HSE遷移肯定需要一些變化，好的方面是，這些變化演進(jìn)的比較自然，能夠被逐漸接受。在這些年里，以太網(wǎng)發(fā)生了許多變化，但是與上一代相比，HSE網(wǎng)絡(luò)中的信息仍然保持著相同的基本特征。

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