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关于数据中心机房服务器25GbE接口应用技术分析

发布时间:2018年03月12日 11:49:11    来源: A5互联

云计算、大数据、物联网等快速发展,从2015年到2020年,全球数据中心IP流量预计增长近3倍,年复合增长率将达到27%。数据中心需要更高的带宽以应对爆发式增长的数据流量。现有的10GbE服务器端口已经无法满足需求,更高速率的接口应用成为趋势。

根据Dell’Oro的市场预测,10GbE服务器端口2017年约占据云计算数据中心服务器端口数量中的50%,2018年后将会下降。而25/50/100GbE将逐年增长,并将占据相当大的比例。

一、为何10G升级路线趋向采用25G,而不是已经规模部署的40G?

自2013年起,基于多模光纤并行传输的40G传输方案规模化应用,经过近5年的发展,除了小部分用户选择基于BIDI技术的40G应用外,40G市场以40GBASE-SR4的方案为主流并趋于稳定。为何服务器接口从10G往更高速率迁移,采用25G而不是已经规模化的40G?

以现在已经商用的3.2Tbps容量和128端口的交换机为例,采用不同端口速率的交换机ASIC I/O带宽对比如下:

通过对比可以看出,采用25G的交换机带宽是目前10G的2.5倍,而通道数与10G相同,为40G技术的四分。因此25G可以比40G提供更高的交换机端口密度。在TOR架构下,交换机的数量将大大减少,同时I/O性能和交换能力得到最大化利用。更低的功耗以及成本投入,成为25G接口技术的巨大驱动。

二、25G传输方案对比

目前出现的25G传输方案主要有如下几种:

25G接口技术种类繁多,选用铜缆传输还是光纤传输,采用DAC还是AOC,多种传输方案给用户带来选择难题。不同接口传输技术的优势及劣势将决定其未来的市场走向。

传输方案25GBASE-KR-S、25GBASE-KR和25GBASE-LR

25GBASE-KR-S、25GBASE-KR传输距离只有1m,应用于背板传输,不能用于数据中心服务器、交换机等设备间连接。

25GBASE-LR采用单模光纤,最大支持距离10km或40km。超远距离传输,适用于数据中心之间传输,同样不适用于数据中心内设备连接。

传输方案25GBASE-CR-S、25GBASE-CR

Intel支持25GBASE-CR的网卡以及DAC连接线缆。端口功耗约8W。

25GBASE-CR-S和25GBASE-CR的传输介质均为为SFP28接口的DAC线缆(Direct Attach Copper Twinaxial)。这两种传输方案的差异,在于25GBASE-CR-S没有前向纠错功能FEC(ForwardError Correction),最高支持3米的传输距离,仅适合同一机柜内连接。而25GBASE-CR有RS编码前向纠错功能RS-FEC(Reed Solomon FEC,标准定义在IEEE 802.3by),支持5米的传输距离,支持同机柜或者相邻机柜连接。

这两种传输方案受限于传输距离,仅支持数据中心TOR架构,仅支持同机柜或相邻机柜连接,应用局限性较大,无法满足数据中心多样化需求。

传输方案25GBASE-T

在10G以太网接口技术中,光纤及对应的光接口占据了较大的比例。但基于超六类线缆传输的10GBASE-T,因为良好的性价比而且使用方便,依然有较大市场。2016年,IEEE 802.3bq通过了25GBASE-T传输标准。这种方案有更大的成本优势,并且可以方便用户兼容10GBASE-T以及40GBASE-T。

25GBASE-T的传输介质为RJ45接口的Cat.8双绞线,最高可以支持30米的传输距离,支持数据中心TOR、MOR、EOR架构直连。

然而,25GBASE-T配套的网络设备目前没有规模商用,而升级现有10G网络已迫在眉睫,无法满足现阶段用户需求。

传输方案25GBASE-SR

25GBASE-SR接口类型为SFP28,端口功耗约9W,采用两芯光纤传输,支持传输距离70m(OM3光纤)、100m(OM4光纤)。这种传输方案目前有两种形式:光网卡+光模块+光纤跳线、光网卡+AOC有源光缆组件。

光网卡+光模块+光纤跳线

25G光网卡+光模块+光跳线的传输方式,延续了10GBASE-SR的方式,即两端为光模块,采用LC双工跳线进行连接。这对于在现有网络基础下进行网络升级的用户,是一个平滑的过渡。而且使用时,可以根据需要,变更不同长度的光跳线,实现不同连接需求,灵活性较高。

光网卡+AOC有源光缆

AOC有源光缆(Active OpticalCable)集成了光模块与光跳线,在使用时可以与25G光网卡直接配合使用。劣势在于AOC线缆出厂前,长度为固定的,调整连接方式时,需要整根替换,灵活性较光模块+光跳线方式略低。但AOC优势也比较明显,由于光缆与有源组件完全集成在一起,避免了灰尘对光跳线和光模块的光纤端面影响,更易于维护。

25G接口方案中,适合数据中心设备连接的四种链路方式汇总如下:

25GBASE-SR应用技术成熟度及布线灵活性最高,但价格相对偏高。

光模块+光跳线与AOC连接方式均支持所有架构,但光模块+光跳线方式成本高于AOC。AOC拥有最高的性价比和最大的应用优势,25G AOC预计在2018年迎来量的爆发。

采用25G AOC连接服务器与交换机,实现现有10G网络的升级迁移。将会出现如下两种连接方式:

第一种方式:交换机端口25G,服务器端口25G,需要使用SFP28-SFP28AOC。

第二种方式:交换机端口100G,服务器端口25G,需要使用QSFP28-4×SFP28 100G转4×25G AOC分支线缆组件。