作者：Carl G. Hansen, Intel
      Carrie Higbie, Siemon

數(shù)據(jù)中心中為了減少IT成本而不斷增長的虛擬化應(yīng)用使得許多目前使用千兆以太網(wǎng)(1GbE)的管理員都在認(rèn)真地考慮采用萬兆以太網(wǎng) (10GbE)來減少復(fù)雜性。與虛擬相關(guān)的服務(wù)器合并對網(wǎng)絡(luò)的I/O輸入輸出有著很大的影響力，因?yàn)榇藭r把幾個機(jī)器和其他背景服務(wù)如現(xiàn)場直播遷移、以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合到一個機(jī)器上了。

隨著統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)的趨勢，可以使用單個以太網(wǎng)就能同時支持?jǐn)?shù)據(jù)和存儲，這就增加了對I/O的要求使得1GbE網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)中心中會成為瓶頸而增加復(fù)雜性。因此需要重新考慮數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)。由于1GbE 連接可以支持單個流量，在高峰時需要支持多個流量就顯得帶寬不足。這就需要多個1GbE的連接。

采用萬兆以太網(wǎng)(10GbE)就可以解決這些網(wǎng)絡(luò)問題，它能提供更多的帶寬，并通過匯總多個千兆端口到一個萬兆連接來簡化網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。數(shù)據(jù)中心管理員有多種10GbE 接口的選擇，包括CX4，SFP+ 光纖，SFP+ DAC直連銅纜，和 10GBASE-T。如今，絕大部分選擇了 10GbE 光纖或者SFP+ DAC。然而，這些接口的局限性阻止了它們在數(shù)據(jù)中心中被廣泛采用。

光纖鏈路的成本太高，SFP+ DAC 又受7米的限制，因此需要一個完整的基礎(chǔ)設(shè)施的升級。CX4是個較早的技術(shù)，不能支持高密度。對于10GBASE-T，以往大家的看法是要求的功耗太大，因此無法被廣泛采用。而這些問題已經(jīng)得到了解決，最新的制造工藝可以極大地減少10GBASE-T的功耗和成本。

只有一個有成本效益的解決方案才能被廣泛采用，這個解決方案必須能向下兼容，而且具有極大的靈活性可支持?jǐn)?shù)據(jù)中心中絕大部分的交換機(jī)和服務(wù)器。這本白皮書著重于那些促使選擇10GbE的驅(qū)動性因素，以及10GBASE-T被廣泛采用，包括在服務(wù)器底版中的采用的趨勢。這本白皮書同時還概述了在數(shù)據(jù)中心中采用10GBASE-T的優(yōu)勢，包括增加帶寬，提高靈活性，簡化基礎(chǔ)設(shè)施，易于升級，和成本節(jié)省。

10GbE萬兆以太網(wǎng)的需求

多種技術(shù)的改進(jìn)和趨勢驅(qū)動著數(shù)據(jù)中心對10GbE 需求的增加。例如，在服務(wù)器中多核處理器和多插座平臺的廣泛采用。這種性能使得用戶可以采用單個服務(wù)器運(yùn)行多個應(yīng)用，這就導(dǎo)致多個應(yīng)用競相爭用服務(wù)器上有限的輸入輸出資源。同時用戶還在使用虛擬化來把多個服務(wù)器合并到一個物理上的服務(wù)器，來減少設(shè)備和電力的支出成本。采用最新的Intel Xeon處理器技術(shù)的服務(wù)器可以把合并服務(wù)器的比例提高到15:1。

不管怎樣，服務(wù)器的合并和虛擬化使得以前幾臺服務(wù)器的I/O需求，現(xiàn)在只通過單個服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)資源來實(shí)現(xiàn)，所以對服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)帶寬提出了很高的要求。為了配合這個網(wǎng)絡(luò)需求，IT已經(jīng)把每臺服務(wù)器的千兆以太網(wǎng)的連接數(shù)量擴(kuò)大到了雙倍、三倍，甚至四倍。這個模式導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性增加，因?yàn)樗箢~外的以太網(wǎng)適配器，網(wǎng)絡(luò)線纜和交換機(jī)端口。

向統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)的過渡增加了對網(wǎng)絡(luò)高帶寬的需求。IT部門正在通過把iSCSI，NAS，和 FCoE等局域網(wǎng)和存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的流量匯聚到單個的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)中心協(xié)議的方式，使得在遷移到統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)時，能夠幫助簡化網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。這種把多種流量類型匯聚到單一以太網(wǎng)構(gòu)造的方式的確簡化了網(wǎng)絡(luò)，但同時極大地增加了網(wǎng)絡(luò)I/O需求。

繼續(xù)使用千兆以太網(wǎng)的鏈路是不太合理的，因?yàn)橐獫M足現(xiàn)在和未來的I/O 需求，千兆鏈路會急劇增加網(wǎng)絡(luò)的成本和復(fù)雜性，如增加的千兆以太網(wǎng)適配器，電力消耗等。若采用10GbE萬兆以太網(wǎng)則可以用單口或雙口的10G連接來替代多個的千兆鏈路，這就在增加了帶寬的同時又極大地簡化了網(wǎng)絡(luò)，降低了電力消耗。

10GbE的媒介選擇

雖然業(yè)界一致認(rèn)同朝著10GbE萬兆以太網(wǎng)的遷移，但是廣泛采用10GbE還是受到了一些因素的限制。要理解這個動態(tài)的狀況，需要調(diào)查目前對10GbE媒介選擇的贊成和反對的理由。目前 IT 經(jīng)理面對10GbE的挑戰(zhàn)是每種選擇都有些缺點(diǎn)，要么是成本、電力消耗，或者是支持的距離。

（1）10GBASE-CX4

10GBASE-CX4 是個較早的 10GbE 部署方案，然而由于其笨重而昂貴的線纜，以及只有15米的支持距離，其采用受到了限制。CX4 接頭的尺寸限制了交換機(jī)的高密度，而這在大型項(xiàng)目中是非常需要的。固定長度的大直徑線纜導(dǎo)致了很多松馳線纜的管理問題。管道和空間都不夠來處理這么大的線纜。

. SFP+

SFP+可以同時支持光纖和DAC直連銅纜使得它比CX4有更好的靈活性。SFP+ 如今在慢慢增長，但有些局限阻止了它被所有的服務(wù)器采用。

. 10GBASE-SR (SFP+ 光纖)

光纖在延時和支持距離（超過300米）上是非常棒的，但它非常昂貴。光纖提供了較低的電力消耗，但是其昂貴的電子設(shè)備使得在所有數(shù)據(jù)中心中部署光纖網(wǎng)絡(luò)是高得買不起的。光電子設(shè)備通常是同類銅設(shè)備的4-5倍，這也意味著將來的維護(hù)費(fèi)用（通常是基于設(shè)備采購的價格），也會貴得多。當(dāng)采用光纖時，不僅意味著需要光纖的交換機(jī)端口，而且也意味著需要光纖的服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)接口。

10GBASE-SFP+ DAC：DAC直連銅纜相對于光纖來說是個較低成本的選擇，但是它只能支持 7 米，而且不能向下與現(xiàn)有的千兆以太網(wǎng)交換機(jī)兼容。DAC需要購買一個適配器卡，而且需要一臺新的柜頂（ToR）交換機(jī)。所需線纜比起結(jié)構(gòu)化布線的銅纜信道更加昂貴，而且不能在現(xiàn)場端接。這使得 DAC 比起 10GBASE-T來說更加昂貴。在底版的局域網(wǎng)接口中采用DAC的可能性很小，因?yàn)樗鼪]有10GBASE-T的靈活性和支持距離。

（2）10GBASE-T

10GBASE-T 提供了最大的靈活性，是個成本最低的媒介類型，并與現(xiàn)有的千兆以太網(wǎng)向下兼容。

. 支持的距離

像所有的以太網(wǎng)實(shí)施一樣，10GBASE-T 能支持長達(dá)100米的鏈路，在連接數(shù)據(jù)中心的設(shè)備時，給了IT 經(jīng)理極大的靈活性。有了距離的靈活性，10GBASE-T 可以適應(yīng)柜頂，列中，或者列末的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。由于可通過現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)來工作，10GBASE-T給了 IT 經(jīng)理最大的靈活性來放置服務(wù)器。

采用更高等級的布線產(chǎn)品（6A 類或以上），10GBASE-T 可以在30米之內(nèi)的信道上運(yùn)行低功耗模式（這也同樣適用于數(shù)據(jù)中心模式）。這相當(dāng)于比在更長的100米模式下每個端口有進(jìn)一步的電力節(jié)省。數(shù)據(jù)中心可以采用 any-to-all 的配線區(qū)域來確保信道少于30米從而實(shí)現(xiàn)這些節(jié)省。

. 向下兼容性

由于 10GBASE-T 與 1000BASE-T 向下兼容，因此可以在數(shù)據(jù)中心中采用6類、6A類或更高等級的布線系統(tǒng)暫時支持現(xiàn)有的 1GbE 交換機(jī)設(shè)備，使得 IT 既可保持較低成本，也可在未來有很方便的升級到 10GbE 的路徑。

. 功率

10GBASE-T 面臨的挑戰(zhàn)是早先的物理層接口芯片（PHYs）的功耗實(shí)在太大而不能被廣泛采用。同樣的事情在千兆以太網(wǎng)發(fā)布時也曾經(jīng)歷過。最初的千兆芯片的功耗是大約 6.5 瓦/ 每端口。隨著處理器的改進(jìn)，芯片從一代到下一代都得到了改善，以致于現(xiàn)在的千兆端口的功耗已經(jīng)低于 1瓦/每端口。同樣的改進(jìn)已經(jīng)發(fā)生在 10GBASE-T。針對10GBASE-T 的好消息是這些物理層接口芯片（PHYs）已經(jīng)極大地從最新的制造流程中得益。PHYs 的改進(jìn)與著名的摩爾定律很相符，更新的處理器技術(shù)將持續(xù)不斷地降低新的10GBASE-T PHYs的功耗和成本。

當(dāng) 10GBASE-T 適配器在 2008年第一次被采用時，它們需要每端口 25瓦的功率。功率已經(jīng)在連著幾代的更新更小的處理器技術(shù)中降低了。新近的 10GBASE-T 適配器只需要每端口 10瓦的功率。進(jìn)一步的改進(jìn)將減少更多的功率。在2011之前，功率將降低到每端口 5瓦以下，使得 10GBASE-T 適合于底版集成和高密度的交換機(jī)。

. 延時

根據(jù)包的大小，1000BASE-T 的延時從亞微秒到12 微妙之間。10GBASE-T 的延時在2微秒到4微秒之間，更窄的延時范圍。對于以太網(wǎng)中包的大小在512B 或者更大時，10GBASE-T的整體吞吐量相比1000BASE-T將有很大的優(yōu)勢。

在較大的傳輸包中，10GBASE-T 的延時比起1000BASE-T低過3倍多。只有在對延時非常敏感的應(yīng)用如HPC 或者高頻交易系統(tǒng)中會注意到一點(diǎn)延時的問題。

10GBASE-T 中增加的2微秒的延時對絕大多數(shù)用戶來說是不重要的。對絕大多數(shù)的企業(yè)應(yīng)用以前能運(yùn)行在1000BASE-T的延時環(huán)境，現(xiàn)在的10GBASE-T 延時只會更好。許多 LAN 產(chǎn)品還特意加了很小的延時以減少電力消耗或者CPU 的開銷。一個常用的缺省時就被激活的 LAN 特色是中斷調(diào)節(jié)，這個特色通常會增加大約100微秒的延時，這就允許中斷被合并并極大地減少CPU 負(fù)擔(dān)。多很多用戶來說，這個協(xié)議總體上帶來了一些積極的好處。

. 成本

由于最近三代產(chǎn)品的功耗已經(jīng)急劇地下降了，所以成本也有一個類似的下降曲線。第一代的10GBASE-T 適配器的價格是每端口 $1000。如今第三代的雙端口10GBASE-T 適配器的價格每端口已經(jīng)低于 $400了。在2011年，10GBASE-T將被設(shè)計成底版中的局域網(wǎng)接口（LOM）而且會被包括在服務(wù)器的價格中。通過利用LOM模塊中內(nèi)含的10GBASE-T，用戶將會看到一個顯著的節(jié)省，不再需要購買更貴的SFP+ DAC 和光纖適配器，而且可以釋放一些服務(wù)器中的I/O 插槽。

10GBASE-T的未來

Intel 看見了在 10GbE中 10GBASE-T的廣泛采用。在 2010年數(shù)據(jù)中心中采用光纖來支持 10GbE 的比例是44% ，到了2013年，這個比例將會降低到大約12% 。隨著大量IP數(shù)據(jù)中心和高性能計算的部署，DAC直連銅纜連接將會在接下來幾年中得到增長，到了2013年將會達(dá)到44%。10GBASE-T 將會從2010年僅有的 4%增長到2013年的 44% ，最終將成為主要的媒介選項(xiàng)。

10GBASE-T作為LOM

服務(wù)器的 OEMs 將會把 10G BASE-T 作為機(jī)架式或者塔式服務(wù)器中廣泛部署10GbE 的標(biāo)準(zhǔn)化媒介。10GBASE-T提供了性能和支持距離上的最大靈活性。OEMs 可以創(chuàng)建單個的底版設(shè)計來支持在100米之內(nèi)的千兆、萬兆以太網(wǎng)或其他的應(yīng)用。1GBASE-T 是現(xiàn)今數(shù)據(jù)中心中當(dāng)之無愧被用得最多的，10GBASE-T 自然將是下一步的首選。

結(jié)論

10GBASE-T 的廣泛部署將簡化數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施，在提供高帶寬來支持大量虛擬化和I/O密集型的應(yīng)用的同時，使得服務(wù)器連接的管理也更容易。當(dāng)銷量上去時，價格將持續(xù)走低，而且新的芯片處理器已經(jīng)降低了功耗和熱量。這些優(yōu)勢使得10GBASE-T 非常適合集成在服務(wù)器底版中。這個層次的集成，如大家所知的底版中的局域網(wǎng)接口（LOM）將使得10GbE成為數(shù)據(jù)中心的所有的服務(wù)器類型的主流接口。

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