數(shù)據(jù)中心與萬兆應(yīng)用

文｜美國康普公司 吳 健

1 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用對(duì)帶寬與時(shí)延提出更高的要求

在當(dāng)今的高帶寬計(jì)算環(huán)境下，在前臺(tái)同時(shí)運(yùn)行多項(xiàng)應(yīng)用程序，如文字處理、電子郵件、圖片、即時(shí)信息、媒體播放器、流媒體、視頻會(huì)議及IP電話等，并不罕見。后臺(tái)任務(wù)如病毒掃描、軟件更新、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、加密、壓縮以及前瞻式信息組織等也需要占用額外的帶寬，這點(diǎn)最終用戶往往不易察覺。

起初，以太網(wǎng)是信息共享的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，經(jīng)過多年的發(fā)展，以太網(wǎng)已成為企業(yè)和服務(wù)供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)交流的可擴(kuò)展性平臺(tái)。今天的10G以太網(wǎng)能為不同用戶提供不同的服務(wù)，其服務(wù)的可靠性與傳統(tǒng)的電話通信技術(shù)已經(jīng)不能等量齊觀。

同時(shí)，以太網(wǎng)已成為通信領(lǐng)域的核心技術(shù)之一，即便在新的無線移動(dòng)應(yīng)用中也備受重視。新興的應(yīng)用，包括VoIP、視頻和無線局域網(wǎng)接入等，逐步豐富了以太網(wǎng)的功能和用途，而未來的網(wǎng)絡(luò)功能將更加多樣化。

在LAN區(qū)域內(nèi)已經(jīng)要求采用高速技術(shù)如10G以太網(wǎng)。而在近期，這種需求將僅限于對(duì)高性能服務(wù)器、交換機(jī)和CAD工作站進(jìn)行相互連接，并且局限于支持千兆位以太網(wǎng)增強(qiáng)使用到桌面的骨干網(wǎng)應(yīng)用程序。然而，由于帶寬需求的穩(wěn)步提高，而且界面電子裝置的成本下降和立體網(wǎng)格計(jì)算等技術(shù)可能的應(yīng)用，10G速率到桌面將會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。從布線基礎(chǔ)設(shè)施的角度來看，10G布線解決方案可以減少在不可預(yù)知的未來網(wǎng)絡(luò)需求中的投資。

從網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的發(fā)展來看，有下列應(yīng)用需要更高的帶寬。

（1）高性能計(jì)算：許多行業(yè)部門采用高性能的計(jì)算平臺(tái)來支持高帶寬密集型應(yīng)用產(chǎn)品，例如流媒體視頻、醫(yī)學(xué)影像、集中式應(yīng)用程序、高端圖形、可視化技術(shù)及數(shù)據(jù)群聚，又如氣象信息處理、國防測(cè)試、仿真及加密措施、生物科學(xué)及藥物技術(shù)、金融公司的量化分析、統(tǒng)計(jì)及計(jì)量經(jīng)濟(jì)建模、建筑與工程公司所使用的計(jì)算機(jī)輔助CAD/CAM應(yīng)用軟件和共享CAD文件，地質(zhì)和物理科學(xué)勘探公司等。

（2）多點(diǎn)合作：現(xiàn)有的協(xié)作工具使與會(huì)者可以在一張空白的幻燈片上寫畫，如果登陸網(wǎng)址還可以同會(huì)議主持人或任何其他的與會(huì)者私下溝通。要確保這種方式的有效性，這些協(xié)作工具就會(huì)不斷要求更高的帶寬，而10G以太網(wǎng)將會(huì)成為公司內(nèi)部多點(diǎn)協(xié)作的主要連接方式。

（3）流式媒體：流式媒體可以加強(qiáng)公司內(nèi)部及外部的信息通信。它可以在召開會(huì)議、舉辦新聞發(fā)布會(huì)、展示新產(chǎn)品、支持營銷及廣告活動(dòng)、培訓(xùn)員工、提供用戶支持以及娛樂活動(dòng)，例如HDTV、視頻點(diǎn)播或極限互聯(lián)網(wǎng)游戲的過程中發(fā)揮作用。由于向流式媒體傳輸數(shù)據(jù)要求在數(shù)據(jù)源和用戶之間建立一個(gè)連續(xù)通道，因此帶寬就會(huì)成為流式媒體使用的加速器。

（4）網(wǎng)格計(jì)算：網(wǎng)格計(jì)算可以在網(wǎng)絡(luò)中騰出“空閑”的桌面CPU功率，以供需要它的大型任務(wù)使用。網(wǎng)格計(jì)算這項(xiàng)技術(shù)可以有效地匯集“橫跨網(wǎng)絡(luò)”的功率以供各種應(yīng)用程序使用。網(wǎng)格計(jì)算對(duì)所有共享計(jì)算平臺(tái)之間的快速互連依賴性極強(qiáng)?，F(xiàn)在這項(xiàng)技術(shù)已得到實(shí)現(xiàn)，采取的形式是通過快速光纖通道或其他類型的光學(xué)界面，將數(shù)據(jù)中心內(nèi)保留的服務(wù)器連接起來形成服務(wù)器群?，F(xiàn)在，網(wǎng)格計(jì)算被用來積聚空余的計(jì)算周期，從而為復(fù)雜的應(yīng)用程序和仿真提供功率，這些應(yīng)用程序包括藥物研究、金融投資風(fēng)險(xiǎn)分析、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化及其他的計(jì)算機(jī)密集型應(yīng)用程序。網(wǎng)格也允許進(jìn)行協(xié)作和共享，對(duì)于將成為公司基礎(chǔ)設(shè)施根基的網(wǎng)格而言，將會(huì)開發(fā)更多利用網(wǎng)格的應(yīng)用程序，同時(shí)，網(wǎng)格技術(shù)可以用于推動(dòng)數(shù)量不斷增加的應(yīng)用程序和行業(yè)的資源共享、利用及協(xié)作。

2 數(shù)據(jù)中心是10G應(yīng)用的土壤和驅(qū)動(dòng)要素

以太網(wǎng)不僅要實(shí)現(xiàn)高速，也要實(shí)現(xiàn)智能化。數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵技術(shù)驅(qū)動(dòng)因素就是通過虛擬化，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)施的高效運(yùn)行。當(dāng)虛擬資源被放到單一物理網(wǎng)絡(luò)資源之中，而這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的用戶量超出其極限時(shí)，虛擬化便會(huì)出現(xiàn)問題。解決這個(gè)問題的唯一途徑就是在網(wǎng)絡(luò)邊緣提供充足的帶寬，以全面支持虛擬環(huán)境。

虛擬化、多核服務(wù)器，諸如此類的技術(shù)進(jìn)步開啟了通向新一代效率更高、性能更優(yōu)的數(shù)據(jù)中心之門。誠然，新的發(fā)展可能帶來重要優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也給企業(yè)、組織機(jī)構(gòu)帶來了挑戰(zhàn)，他們需要就基礎(chǔ)設(shè)施做出重大決策，而這些決策又會(huì)影響到其IT系統(tǒng)的未來及其保持競爭優(yōu)勢(shì)的能力。最重要的決策之一是如何在數(shù)據(jù)中心中部署10G網(wǎng)絡(luò)，虛擬化已成為數(shù)據(jù)中心部署10G以太網(wǎng)最強(qiáng)大的動(dòng)力。與此同時(shí)，數(shù)據(jù)中心專用的傳輸協(xié)議則為將此前相互分離的網(wǎng)絡(luò)聚合成單一的10G連接創(chuàng)造了條件。

與當(dāng)今利用分離式網(wǎng)絡(luò)的部署方式相比，在數(shù)據(jù)中心中利用新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來聚合LAN和SAN連接具有明顯的優(yōu)勢(shì)。要決定諸如思科統(tǒng)一交換架構(gòu)的聚合網(wǎng)絡(luò)是否值得投資，必須對(duì)總體擁有成本進(jìn)行評(píng)估，并衡量其優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)。

另一方面，在以太網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)上運(yùn)行存儲(chǔ)能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益，基于以太網(wǎng)的存儲(chǔ)方案以極具誘惑力的低成本提供大量的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。隨著此類存儲(chǔ)方案不斷改進(jìn)，各個(gè)企業(yè)還能夠在單一的以太網(wǎng)上整合存儲(chǔ)設(shè)施。通過將存儲(chǔ)傳輸速度擴(kuò)展至每秒10G，能支持不同大小企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)接入存儲(chǔ)（NAS）和存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN），提供緊密的遷移路徑。由于具備速度快且成本低的優(yōu)點(diǎn)，存儲(chǔ)將是以太網(wǎng)發(fā)展的下一個(gè)里程碑?，F(xiàn)今驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)中心采用10G以太網(wǎng)技術(shù)的主要是兩個(gè)因素：一是10G端口的價(jià)格變得便宜，二是融合各種互補(bǔ)技術(shù)需要更高的帶寬。具體來說，這些互補(bǔ)技術(shù)包括多核心、基礎(chǔ)設(shè)施虛擬化、存儲(chǔ)優(yōu)化和集群解決方案等。

數(shù)據(jù)中心（使用存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）是高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)尿?qū)動(dòng)因素，作為互聯(lián)網(wǎng)繁榮及網(wǎng)絡(luò)主機(jī)需求增長的產(chǎn)物而首次出現(xiàn)。隨著對(duì)潛在的內(nèi)外部威脅的意識(shí)增強(qiáng)，由此產(chǎn)生的安全性及業(yè)務(wù)連續(xù)性方面的考慮，促進(jìn)了數(shù)據(jù)中心進(jìn)一步的發(fā)展。今天，越來越多的企業(yè)認(rèn)識(shí)到安全便捷的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)施對(duì)保護(hù)業(yè)務(wù)發(fā)展的必要性，采取的對(duì)策包括內(nèi)部基礎(chǔ)設(shè)施冗余備份，以及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

當(dāng)今的服務(wù)器都含有多個(gè)處理器核心，一片集成電路板便擁有高性能內(nèi)存及I/O總線，以千兆赫茲時(shí)鐘頻率支持多個(gè)執(zhí)行線程。這些多核的中央處理器需要更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬來提高內(nèi)部效率。而通過刀片服務(wù)器和機(jī)架式服務(wù)器增加服務(wù)器密度，令使用下一代10G以太網(wǎng)服務(wù)器有了適宜的土壤。未來具備高性能、高可用性特點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)將大行其道。

數(shù)據(jù)中心的另外一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是把服務(wù)器集群在一起，構(gòu)成整體解決方案來驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。今天一些大型的互聯(lián)網(wǎng)公司部署多達(dá)上萬個(gè)服務(wù)器，很多公司是把多個(gè)服務(wù)器集群在一起，構(gòu)成一個(gè)服務(wù)器負(fù)載平衡的配置，以支持他們基于Web的應(yīng)用程序。以太網(wǎng)是一種廣受認(rèn)可的互連解決方案，升級(jí)至10G以太網(wǎng)群集互連方案，使得客戶不會(huì)有改用其他網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的麻煩，便能擴(kuò)展他們的集群方案，以實(shí)現(xiàn)帶寬的增長和性能的提升。

總之，采用多核處理器的服務(wù)器的加速部署、服務(wù)器虛擬化技術(shù)的應(yīng)用以及高性能計(jì)算、數(shù)據(jù)庫集群、以太網(wǎng)存儲(chǔ)和視頻點(diǎn)播等高要求應(yīng)用都在推動(dòng)著從數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)核心到服務(wù)器網(wǎng)卡對(duì)10Gbps 以太網(wǎng)的需求。

3 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)構(gòu)架需要前瞻性決定了10G的部署

今天的服務(wù)器會(huì)成為明天的桌面電腦，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)量每5年提高10倍，帶寬成本下降速度遠(yuǎn)高于落后網(wǎng)絡(luò)上信息包的傳輸速度，系統(tǒng)處理能力每18～24個(gè)月翻一倍，同時(shí)成本也在下降。未來5年，網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸量將提高3倍，高性能計(jì)算、多站點(diǎn)合作、實(shí)時(shí)流媒體將在5年后令今天的網(wǎng)絡(luò)擁塞。

改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)性能，簡單地說，就是要消除瓶頸問題。目前，網(wǎng)絡(luò)瓶頸可能在于缺少足夠的帶寬，這可能是由于服務(wù)器驅(qū)動(dòng)不足或是工作站技術(shù)過時(shí)。然而，眾所周知，在處理新應(yīng)用、新技術(shù)的同時(shí)，還得繼續(xù)向更多的用戶提供更多的服務(wù)。

此外，在降低成本的同時(shí)，將網(wǎng)絡(luò)中斷及故障的風(fēng)險(xiǎn)降至最低，或說使正常的運(yùn)行時(shí)間最大化。應(yīng)當(dāng)安裝有余量的、高性能、高品質(zhì)的系統(tǒng)以應(yīng)對(duì)未來技術(shù)、產(chǎn)品及應(yīng)用發(fā)展可能要求的重大（且昂貴）升級(jí)。用戶只能綜合考慮可靠性、可擴(kuò)展性、前瞻性，精心選擇系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的管理。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施而言，這種做法尤為正確。

處理能力的提高促使軟件開發(fā)者致力于開發(fā)功能強(qiáng)大的新軟件產(chǎn)品，對(duì)帶寬的要求越來越高。開發(fā)者不但利用日益提高的計(jì)算機(jī)CPU性能，同時(shí)也充分發(fā)揮速度更快的新興網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，再加上千兆接口成本不斷下降而日益成為多數(shù)新型計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置。在桌面應(yīng)用中，千兆網(wǎng)絡(luò)已成為現(xiàn)實(shí)，目光長遠(yuǎn)的企業(yè)管理者必須為將來作打算。

同樣，大型企業(yè)對(duì)水平和主干網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求也越來越高，以便為存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）、網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)（NAS）、高性能計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算等應(yīng)用提供支持。盡管這些應(yīng)用程序只使用PC網(wǎng)絡(luò)流通量潛能的10%，但是隨著現(xiàn)在的處理器速率不斷提升，10Gbps的通信在未來五到十年內(nèi)將成為現(xiàn)實(shí)（如圖1所示）。

圖1

4 10G應(yīng)用已經(jīng)成熟

在數(shù)據(jù)中心中已經(jīng)越來越多地出現(xiàn)10G應(yīng)用，這種應(yīng)用以光纖接口和銅纜接口兩種形式出現(xiàn)。

光纖接口應(yīng)用已經(jīng)很成熟，并有大量的應(yīng)用。在支持萬兆應(yīng)用方面，OM3和OM4已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)，這兩種光纖支持10G分別可以達(dá)到300m和550m，支持40/100G分別可以達(dá)到100m和125m。

現(xiàn)在，10G銅纜已經(jīng)提到日程中，萬兆銅纜解決方案保證可以在UTP電纜上達(dá)到10Gbps的傳輸速率，其電氣性能達(dá)到或超過ANSI/TIA 568B.2-10的6A類標(biāo)準(zhǔn)和ISO/IEC 11801:2002 EA級(jí)布線標(biāo)準(zhǔn)，以及IEEE 802.3an 10GBase-T標(biāo)準(zhǔn)的要求。

10G以太網(wǎng)已走過了早期使用階段，正快速成為校園網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心和運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)中的主流聯(lián)網(wǎng)速度標(biāo)準(zhǔn)。截至2007年第2季度，全球共部署了750000多個(gè)10Gbps以太網(wǎng)交換機(jī)端口，在過去三年年均復(fù)合增長率超過100%。目前應(yīng)用較多的是Intel?10GbE服務(wù)器網(wǎng)卡、Cisco?10GbE Catalyst交換機(jī)和SYSTIMAX?10GbE布線解決方案。

10Gbps局域網(wǎng)傳輸能力是綜合信道性能、編碼方案頻段、發(fā)射器信號(hào)等級(jí)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和所需比特誤差率等因素綜合實(shí)現(xiàn)的。一個(gè)或多個(gè)方面的改進(jìn)影響或依賴于其他方面的改進(jìn)。其中萬兆銅纜解決方案具有如下特點(diǎn)：保證信道性能達(dá)到或超過布線標(biāo)準(zhǔn)，最高支持500MHz；信道長度最長可達(dá)100m，最多支持4條連接，所有支持的距離和等級(jí)，均有優(yōu)異的外部串?dāng)_干擾抑制性能。

萬兆銅纜解決方案在鄰近信道串?dāng)_的抑制上取得了革命性突破，超過了關(guān)于非屏蔽銅纜（UTP）的IEEE標(biāo)準(zhǔn)的要求。萬兆銅纜解決方案擁有最高達(dá)500MHz的優(yōu)異的信道性能，所有這些都已通過最惡劣情況下真實(shí)安裝信道配置（也稱為“6包1”電纜配置）的測(cè)試和驗(yàn)證。

從布線基礎(chǔ)設(shè)施的角度來看，安裝萬兆銅纜解決方案能夠以較低成本為不可預(yù)見的將來提供保障。綜合布線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸能力受多種潛在衰減因素的影響。萬兆銅纜解決方案在插入損耗和各種形式的信道內(nèi)及信道間串?dāng)_等關(guān)鍵參數(shù)方面具有無與倫比的性能表現(xiàn)，可以大幅提高帶寬、數(shù)據(jù)吞吐量和網(wǎng)絡(luò)效率。