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提升服务器性能 降低连接成本 25gbe是新选择

2016-03-31

  以太网吞吐量在不断地提升。数据传输速度从1983年初始的10mbps提升到2010年的40gbps和100gbps。既然40gbps和100gbps从2010年开始就可以使用,那么为什么25gbe标准的制定工作直到2014年才开始呢?

  “增加服务器性能”和“服务器到交换机连接的开销”是制定25gbe标准的原因。目前,许多云和数据中心服务器都支持10gbe网络接口,并且通过铜线或光纤连接到顶级机架交换机。新一代的处理器芯片,以及由于虚拟化带来更高水平的cpu使用率,都有可能让10gbe链接变成瓶颈。

服务器性能

  消除这种瓶颈只是25gbe理事会(25 gigabit ethernet consortium)的目标之一。这个组织在2014年7月成立并致力于制定一个新的以太网标准。这个组织得到了arista networks、broadcom、谷歌、mellanox和微软等公司的支持,它表示,希望“在工作负载有可能超过10或40gbe链路的下一代云基础架构中”实现“以经济的方式扩展交付给服务器和存储终端的网络带宽。”

  这个小组开发了一个关于25gbe和50gbe的规范,然后在说服其他供应商采纳这个标准。之后,在2014年7月,ieee组建了一个研究小组专门探讨25gbe标准。到12月,这个研究小组转而加入负责开发标准的802.3by工作小组。

  虽然服务器到交换机的连接预计将成为25gbe技术的主要应用场景,现在支持10gbe上行链路的接入交换机预计会随着最终用户设备数据传输速度的提升而增加到25gbe。25gbe技术预计将会在今年末正式通过批准,它也会支持存储浏览。

  单线25gbe将符合新的以太网标准

  一直以来,提升服务器性能是通过直接从10gbe升级到已有的40gbe标准实现的,而不是通过开发新的25gbe标准实现。但是,虽然40gbe能够提供大于需求的吞吐量,但是问题是成本太高。服务器和交换机的接口会变得更加昂贵,并且网络线路基本上要进行更换。

  以太网接口使用序列化器/反序列化器(serdes)组件来生成64位单元的序列化数据。然后,这个64位单元的数据又会编码加上2个位,用于支持时钟同步。总共66位的数据会通过物理编码子层从接收者的pcs线路传输到一个serdes上,然后由它将数据传输到更高层次的接口上。以太网线路在每一个终端都包含一个serdes及一条传输路径。

  在10gbe标准化时,serdes组件仅限于在10gbe上使用。这些组件现在支持25gbe,因此它可以在一条线路上传输25gbps。25gbe接口目前价格高于10gbe,但是增加幅度并不是按比例的:价格并不会增加到2.5倍。成本一般会随容量的增加而下降。从10gbe升级到25gbe并不需要安装新线路,因为它们都可以通过同一条双绞线或单模、双模光纤传输数据。

  40gbe则需要使用4条10gbps线路。每一条线路都需要使用一个独立的serdes。然后,pcs会将4组66位数据以循环的方式分发到4条线路上。在接收端,这些数据会以正确顺序回放,发送到4个serdes组件上。

  有两种方法可以通过光纤传输4条线路。每一条线路可以通过一对独立的光纤传输数据,也可以使用波分复用技术将全部4条线路组合成为一组,其中每一条线路都采用不同的波长来传输数据。在铜线上传输4条线路的方法是由40gbase-cr4标准定义的。每一条线路都使用一条独立的屏蔽双绞线。无论是采用光纤或是铜线,4条线路都会增加成本和能耗。

  25gbe联合会在发布25gbps标准的同时也发布了50gbps标准。它使用2条25gbps线路来实现比40gbe标准更高的吞吐量,同时只需要2条线路,而不需要4条线路。

  新以太网标准的供应商支持

  ieee在今年秋季前都不会最终发布802.3by标准,但是网络设备供应商已经开始测试他们的产品了。以太网联盟去年6月在美国新罕布什尔大学(unh)互操作实验室开展了25gbe技术的实验。有很多的供应商参与了实验,其中包括交换机和服务器供应商arista、思科、戴尔和日立;网络连接器供应商amphenol和molex;以及以太网适配器供应商英特尔和qlogic。生产交换机、连接器和适配器的mellanox也测试了它的产品,而ixia、spirent和xilinx则是测试设备提供商。

  实验结果报告的成功率86%是一个非常鼓舞人心的结果,特别是考虑到6月份时这个新的以太网标准才仅仅发布一年时间。实验结果会反馈回ieee委员会,帮助他们确定标准的最终细节。

  成功的unh实验预示着供应商已经在他们的25gbe产品设计和实现中做得很好了。而与此同时,arista、思科、华为和mellanox都已经发布了支持新标准的产品,而惠普则宣布准备在服务器和交换机中都支持25gbe接口。

 

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