10GbE萬兆以太網(wǎng)正在成為服務(wù)器卡的標準接口

隨著云計算的出現(xiàn)，越來越多的應(yīng)用轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)上進行，不再由臺式電腦處理。企業(yè)級的大量應(yīng)用以及個人業(yè)務(wù)逐漸遷移到網(wǎng)絡(luò)上，人們對帶寬的要求正在迅速提高，這對以太網(wǎng)造成了不小的影響。

云計算是一種新的運算模式，它需要建設(shè)大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心來服務(wù)程序應(yīng)用和存儲需求。以太網(wǎng)提供了最經(jīng)濟有效的網(wǎng)絡(luò)互連，將提供云計算的大型系統(tǒng)整合在一起。這個龐大的系統(tǒng)在服務(wù)器連接方面要求10Gbps的傳輸速率，甚至40Gbps和100Gbps的傳輸速率來滿足大型網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作需要。

10GbE成為服務(wù)器卡的標準接口

以太網(wǎng)部署于眾多云虛擬主機互聯(lián)的環(huán)境中，這樣的系統(tǒng)需要虛擬化網(wǎng)絡(luò)和虛擬專網(wǎng)（VPN）的支持。很多網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商現(xiàn)在必須根據(jù)云計算數(shù)據(jù)中心的要求來定制網(wǎng)絡(luò)的新屬性。所以在很大程度上，云數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為互聯(lián)網(wǎng)的延伸，它必須滿足應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)的眾多協(xié)議和運作可靠性需求。Broadcom（博通）公司企業(yè)網(wǎng)絡(luò)事業(yè)部副總裁兼首席技術(shù)官Nicholas Ilyadis認為，以太網(wǎng)已經(jīng)具備了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的新屬性，且能很好的迎合云數(shù)據(jù)中心的運行要求。

Xelerated公司產(chǎn)品市場總監(jiān)Per Lembre

高帶寬已經(jīng)成為以太網(wǎng)發(fā)展的一個重要方向。從最初的百兆到千兆再到萬兆，以太網(wǎng)不斷增加帶寬以滿足著人們快速增長的需求。比如，需要額外的原始帶寬來應(yīng)對終端用戶訪問數(shù)據(jù)中心帶來的流量增長。Xelerated公司產(chǎn)品市場總監(jiān)Per Lembre指出，現(xiàn)在10GbE（萬兆以太網(wǎng)）正在成為服務(wù)器卡的標準接口。不僅如此，數(shù)據(jù)中心的架頂式（top-of-rack）和列末（End-of-row）交換機的設(shè)計也開始面向40GbE和100GbE。

不過，以太網(wǎng)的進化并不只是帶寬的增長。Per Lembre認為，云應(yīng)用日益受到關(guān)注，也使得大型數(shù)據(jù)中心的設(shè)計方式趨于合理化。他指出，其好處是營運成本和功耗下降，而以太網(wǎng)是促成這些進展的關(guān)鍵技術(shù)因素。

Exar（艾科嘉）公司市場總監(jiān)Rob Reiner同樣認為，隨著云計算的出現(xiàn)，更有效地利用網(wǎng)絡(luò)帶寬變得更加重要。他介紹，Exar公司的X3100系列10GbE適配器為虛擬工作負荷開發(fā)，是面向云環(huán)境的理想網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。X3100系列支持根據(jù)虛擬網(wǎng)卡來動態(tài)配置帶寬和QoS，從而允許根據(jù)云環(huán)境下的虛擬應(yīng)用需要來分配網(wǎng)絡(luò)吞吐量。

隨著以太網(wǎng)帶寬升向新的臺階，比如從100Mbit/s到1G，鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)和實現(xiàn)合適的性價比都需要時間。一旦實現(xiàn)這兩點，過渡速度就會加快。10GE技術(shù)目前已經(jīng)成熟，占有率很高。而向40GE和100GE的過渡還處于早期階段，Per Lembre預(yù)計，大概在2014-2015年左右，這些技術(shù)就會得到大規(guī)模采用。

服務(wù)器虛擬化驅(qū)動10GbE出貨成倍增長

當前，10GbE（萬兆以太網(wǎng)）市場主要受服務(wù)器虛擬化所驅(qū)動。虛擬化下一代的數(shù)據(jù)中心在傳輸方面，不僅要求交換機能支持萬兆以太網(wǎng)和統(tǒng)一交換架構(gòu)，還必須適應(yīng)虛擬化、Web2.0應(yīng)用和云計算等技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的改變。

Exar（艾科嘉）公司市場總監(jiān)Rob Reiner

顯而易見，服務(wù)器虛擬化提高了數(shù)據(jù)中心對網(wǎng)絡(luò)的需求，使得1GbE基礎(chǔ)設(shè)施不堪重負。Rob Reiner指出，由于服務(wù)器變得越來越強大，虛擬機（VM）密度隨服務(wù)器的換代而不斷增加，1GbE難以滿足網(wǎng)絡(luò)要求。此外，服務(wù)器主板上的插槽數(shù)量不斷減少，有些1U服務(wù)器只支持一個單一的I/O插槽，因此不可能通過增加多個1GbE卡來滿足帶寬需求，只能升級到10GbE。另外，10GbE更加經(jīng)濟，以大約3-4倍的成本提供10倍的帶寬。

服務(wù)器虛擬化是推動10GbE發(fā)展的一個主要因素，它使得系統(tǒng)I/O能夠最有效地滿足虛擬化環(huán)境的帶寬需求。服務(wù)器每前進一代，計算能力大概提高一倍，每個物理服務(wù)器的虛擬機（VM）的數(shù)量繼續(xù)增長。隨著計算能力的提高，網(wǎng)絡(luò)帶寬也需要隨之增加，因此向10GbE前進是自然結(jié)果。

Rob Reiner認為，I/O虛擬化面臨的挑戰(zhàn)是能否有效地在各VM之間分割I(lǐng)/O帶寬，并維持分割好的寬帶。如果在高I/O流量環(huán)境下也能做到這點，就能保證維護客戶服務(wù)水平協(xié)議（SLA）。

10GE已在網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)得到廣泛采用，正在成為光纖接入節(jié)點和OLT的上行鏈路連接標準。它也被用于企業(yè)級交換網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心，以及服務(wù)提供商基礎(chǔ)設(shè)施的聚集和邊緣部分。目前，主要有四個領(lǐng)域在積極地部署10G以太網(wǎng)，它們分別是數(shù)據(jù)中心、企業(yè)核心網(wǎng)、城域網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商核心網(wǎng)。由于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商的不斷發(fā)展和數(shù)據(jù)中心建成，10G以太網(wǎng)芯片市場增長得很快。

Nicholas Ilyadis透露，博通（Broadcom）正在對這一領(lǐng)域進行戰(zhàn)略投資。他更大膽預(yù)計，整個2010年度全球市場部署于企業(yè)核心網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心的10GbE端口數(shù)將超過300萬。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商，核心網(wǎng)，包括城域網(wǎng)都將部署超過100萬個端口。

另有分析師預(yù)計，今年將一共出貨500萬個10GbE端口，其中約有三分之一采取網(wǎng)卡形式，其余的采取交換機的形式。預(yù)計未來幾年10GbE端口數(shù)量將急劇增長，端口出貨量每年大約增長一倍，這種勢頭將持續(xù)到2013年。

10GbE的恢復(fù)機制亟需完善

20年來，以太網(wǎng)一直是事實上的LAN標準，而且在企業(yè)數(shù)據(jù)中心繼續(xù)向新的方向發(fā)展。在企業(yè)數(shù)據(jù)中心，以太網(wǎng)的性能正不斷改善：一方面通過數(shù)據(jù)中心橋接提供更高的可靠性和QoS，另一方面利用FCoE來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與存儲的融合。虛擬化和云計算是數(shù)據(jù)中心的主要趨勢，而且是促使10GbE得到采納的主要因素。

目前，光纖通道和無線寬帶技術(shù)在運行速度上可以與以太網(wǎng)媲美，但在成本和靈活性方面卻處于劣勢。諸如FCoE和iWARP等協(xié)議均在以太網(wǎng)的頂層開發(fā)，可以提供與光纖通道和無線寬帶技術(shù)同樣的功能，且更經(jīng)濟和靈活。以太網(wǎng)正往聚集多個數(shù)據(jù)中心的方面發(fā)展。

不過，仍然存在不少問題困擾萬兆以太網(wǎng)技術(shù)進一步推廣和應(yīng)用。Rob Reiner認為，虛擬化工作負荷需要在不損失非虛擬化環(huán)境能力的情況下才能運行，因此需要更好的I/O虛擬化能力來推動10GbE的發(fā)展。此外，在企業(yè)中，10GbE一直缺乏能夠完全支持虛擬化環(huán)境I/O要求的適配器。

也有人持不同意見，Nicholas Ilyadis表示，以太網(wǎng)作為一種在全球部署的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它是成熟的。隨著技術(shù)的不斷進步和發(fā)展，以太網(wǎng)將有更快的運行速率和更多新的功能?！拔覀兛床怀鲇腥魏瘟α靠梢宰璧K10G以太網(wǎng)的發(fā)展，它是被廣泛接受的技術(shù)”，他說。

Per Lembre表示，作為一項成熟的技術(shù)，10GbE已被廣泛應(yīng)用于一系列以太網(wǎng)芯片之中，從服務(wù)器中的10G以太網(wǎng)控制器和適配器，到ASIC交換機和更先進的可編程網(wǎng)絡(luò)處理器及可編程以太網(wǎng)交換機?，F(xiàn)代可編程以太網(wǎng)設(shè)備，如Xelerated AX系列可編程以太網(wǎng)交換芯片，則能夠提供10-12個10GE MAC控制器。他介紹，在高達20Gbps的超速版本中也有這些設(shè)備，使得該技術(shù)可以用于背板配置之中。

目前，10G以太網(wǎng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域，根據(jù)產(chǎn)品類別的不同，競爭情況也會有所不同。在固定功能ASIC交換領(lǐng)域，有Centec、博通（Broadcom）、Fulcrum和Marvell等公司，它們具有面向10GE的多種產(chǎn)品。而Xelerated則提供可編程芯片，用于GPON/EPON OLT和PTN設(shè)備等服務(wù)提供商光纖接入基礎(chǔ)設(shè)施。

以太網(wǎng)作為支持數(shù)據(jù)中心的所有網(wǎng)絡(luò)需求的標準正在發(fā)展，面向連接、存儲與分布式計算。光纖通道（FCoE）和iSCSI協(xié)議正在整合到以太網(wǎng)之中，以實現(xiàn)高性能存儲，而40GbE和100GbE預(yù)計也將用于集群計算環(huán)境。Per Lembre認為，在集群計算環(huán)境下，專用Inifiband網(wǎng)絡(luò)一直是滿足帶寬和等待時間要求的唯一選擇。不過在未來幾年內(nèi)，這種情況將發(fā)生變化。

“當初開發(fā)以太網(wǎng)的時候，是把它作為一種無連接協(xié)議，對于等待時間沒有硬性要求。”Per Lembre指出，該技術(shù)的恢復(fù)機制很弱。在數(shù)據(jù)中心，隨著應(yīng)用響應(yīng)或交易的分布式計算增加，必須采用低等待交換，并開發(fā)更快的恢復(fù)機制，以應(yīng)對故障情況的發(fā)生。