升級到100G——高端核心交換機平臺購買指南

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在網絡設備廠商開啟向高端交換機靠攏的產品策略時，企業(yè)核心業(yè)務和應用對高帶寬網絡的需求也開始高漲，二者作用的結果，就是眼下在標準通過之前特殊時期內的100G市場需求。為應對“每天超過10億次以上的交易和PB級的數據量”，紐約證券交易所決定在2010年開始部署100Gbps的數據網絡。與此同時，Verizon公司正在積極開展100G網絡能力的測試工作，以期在2010年將美國主干網絡線路都升級到100Gbps。不論是大型企業(yè)還是運營商，開始接觸100G以太網的用戶正逐漸增多。根據市場研究公司Infonetics Research公司發(fā)布的2009年10G/40G/100G市場規(guī)模和預測報告，2008年企業(yè)和服務供應商網絡設備的10G和40G光載波和以太網端口年出貨量增長了86%，為全球制造商提供了108億美元的收入；全球10G、40G和100G網絡設備端口銷售收入將會在未來5年內強勁增長，企業(yè)和服務供應商預計在2008和2013年之間累計花費1050億美元。

潛在用戶群

數據中心•運營商•園區(qū)網

當IEEE 802.3高速研究小組（HSSG）在2006年將100G列為下個以太網標準時恐怕沒有想到，在短短的兩三年時間里，高端用戶對100G的需求就已經到了“迫切”的程度，他們甚至已經等不及802.3ba標準在明年的最后獲得了。

目前業(yè)界比較一致的觀點是，未來用戶對于100G高端交換機的需求將大量集中在數據中心應用領域，以解決大流量數據傳輸的問題。而在數據傳輸的高速率和大流量背景下，運營商與數據中心自然結成了互相依存的關系。實際上，隨著互聯網應用的發(fā)展，以及3G、Wi-Fi、WiMAX等無線寬帶技術的興盛，運營商也是較早預見到高帶寬設備需求，并期盼有相應標準予以支撐的用戶。同時，大型企業(yè)的園區(qū)網核心交換平臺，也將成為100G交換機龐大的潛在市場。當然，如果再做一些延伸的話，還可以進一步涵蓋到互聯網核心節(jié)點、教育機構、搜索引擎、大型網站、高性能計算等領域，其中有不少用戶都在積極測試和部署100G平臺。

正如Force10公司營銷副總裁Steve Garrison所說，“100G標準和技術的發(fā)展本身就來自于高端用戶需求的推動，如果現在有100G成熟產品，他們馬上就會去買?！北热鏨ahoo、YouTube、Sprint這些對網絡帶寬有著非常高要求的公司，以及美國、歐洲的幾大互聯網交換節(jié)點都期盼著早日部署100G網絡設備。根據2008年11月的數據，位于阿姆斯特丹的互聯網交換節(jié)點甚至達到了每天增加600G流量的水平。

IDC中國電信研究部分析師李博對此也表示認同：“最早應用100G的應該是運營商和大型IDC機房。用戶關注更多的不是產品，而是100G能給他們帶來的真正作用，對業(yè)務能有多大的改善?！备鶕蘒DC的預期，在運營商市場方面，由于今明兩年將是國內3G網絡建設的高峰期，相關建設將帶動以太網交換機和路由器的市場增長。但企業(yè)市場中很多IT采購都放慢了腳步，從今年上半年對廠商和相關渠道的了解來看，情況仍然沒有好轉，預計2009年將呈現出一個比較平穩(wěn)的態(tài)勢，市場增長的速度會下降很多。

從去年開始，支持100G的交換機平臺產品就開始頻頻亮相。首先是去年年初思科發(fā)布的Nexus 7000數據中心交換機；接下來Extreme在去年年底發(fā)布了BlackDiamond 20808城域以太網傳輸交換機；今年2月份，邁普推出MyPower S8900系列十萬兆高端電信級以太網交換機；最近，H3C的數據中心級核心交換機S12500也在2009美國拉斯維加斯Interop展上亮相。一時間，面向100G升級的高端核心交換機充斥著市場，這些100G平臺交換機又有何獨特之處，用戶應該如何選擇呢？

100G如何實現

背板•端口•交換矩陣

說到100G，大家首先想到的一定是高速率網絡傳輸能力，以及在單一的802.3ba標準上對40G和100G兩種不同速率的支持。具體到100G交換機產品，大家往往更加關心標準化規(guī)范、40G/100G端口支持能力、兼容性、能耗比、價格比等方面的問題。那么，與以往的千兆/萬兆系列交換機設備相比，業(yè)界對于100G高端交換機平臺在技術和功能上的獨特之處又是如何認識的呢？

H3C網絡產品部總工程師趙曉軒認為，100G的獨特之處首先在于“以太網的帶寬需求和芯片技術發(fā)展不匹配”——以太網的帶寬需求每18個月翻10倍，而芯片的處理能力每18個月才翻1倍，需要在100G背板設計技術上的突破，以及對多核多線程“均流處理”的充分利用。其次，要最大化地滿足應用需求，確保報文可靠傳送且不丟包，還需要上層協(xié)議最大化地減少報文重傳，以及最大化地利用端口帶寬。此外，對高密萬兆承載、40G/100G以太網端口支持、虛擬化、系統(tǒng)容量的無縫擴展等方面也要特別考慮。

對此，100G交換機應采用多級多平面的交換體系架構，通過多個交換平面來實現單機系統(tǒng)的大容量，使得報文在物理上均分在每個平面并行轉發(fā)，從而杜絕傳統(tǒng)報文在單平面的轉發(fā)擁塞?！斑@樣就真正做到了100G的背板設計，而不是10個萬兆捆綁的設計?！壁w曉軒表示，“由于傳統(tǒng)的高端交換機基于萬兆背板，還存在背板轉發(fā)不均流的現象，使得100G端口無法跑到線速的問題?！贝送?，每個端口具備多級QoS隊列和200ms的包緩存能力，可最大化地解決網絡的端口擁塞和效率問題。通過H3C創(chuàng)新的IRF技術，還使得多臺設備虛擬化成一臺設備，既簡化了管理，又使得系統(tǒng)容量可以隨著設備的增加不斷疊加。

瞻博網絡公司系統(tǒng)工程師卓林則重點提到10G的迅猛發(fā)展：“由于存在高密度的10G接入需求，匯聚的流量和業(yè)務也越來越多，因此100G交換機必須具備大容量、高穩(wěn)定性和虛擬化等特點。此外，端口容量的增加對交換機整機容量和性能提出更高的要求，這就需要采用更先進的高集成技術來實現100G。而由于市場上的普通商用芯片無法滿足100G的需求，也迫使100G設備廠商采用自主研發(fā)的芯片為基礎，去定制能處理高速接口的芯片?！贝送?，業(yè)務需求實的多元化，還要求核心網絡設備支持虛擬路由器等技術。虛擬化另一個發(fā)展趨勢是多臺設備組成虛擬機柜，也可以提高網絡容量和性能，從而降低故障率。

Force10公司副總裁、首席科學家Joel Goergen列舉了實現100G的幾個關鍵因素：首先是電到光的鏈路轉換設備的選擇，需要在原來適用于千兆和萬兆鏈路的2.5G轉換設備上有一個10倍的提升。其次是包處理和包檢索水平，這也是高速交換機和路由器的核心技術之一。而要實現如此快速的包處理和包檢索，必須自己研發(fā)一個高端芯片來實現，目前市場上沒有其他任何現成的技術可用。接下來是背板和光接口技術，要在高速率情況下保證信號的準確和完整性。背板的信號性能（包括信號準確性、誤碼率、信噪比等）也非常關鍵，當傳輸速率很快的時候，設備的時鐘速率和傳輸流量都非常大，所有流量都要通過背板的鏈路連接到每個槽位，進而到交換矩陣。交換矩陣是交換平臺的核心部分，所有流量都要通過它，且速率比原來要求高很多，需要給未來的發(fā)展留下冗余空間。比如在多機箱級聯的情況下，背板要有足夠的容量，將這個機箱的容量無阻塞地傳到另一個機箱去。最后一個關鍵因素是供電、制冷和電磁輻射的屏蔽。時鐘速率越快，功耗就越高，對制冷的要求也就越高，同時頻率越高，電磁輻射屏蔽的實現也越來越難。Goergen表示，“這些100G的關鍵技術涉及到產業(yè)鏈上的很多廠商，不光是系統(tǒng)廠商，還有配件廠商和基礎技術研究廠商，配合在一起逐一解決這些技術點，才能做出一個100G來?！?/P>

博科公司在收購Foundry后也加入到100G交換機俱樂部當中，該公司高級技術顧問谷增云將100G高端交換機平臺分為兩個階段：第一階段是單板至少支持10個線速10G，要實現高于10G的帶寬就需要進行N×10G的捆綁；第二階段就是單板支持一個或多個100G。“要達到這個目標，首先要提高設備的交換容量，包括整機的交換容量和單板的交換容量。”谷增云介紹說，“以往主流的千兆/萬兆系列交換機，整機的交換容量在720Gbps～1.4Tbps之間，單板最大交換容量為40Gbps，因此要單板支持無阻塞的100G以太網接口，就需要整機的交換容量至少擴大2.5倍，單槽位的交換容量相應也要提高2.5倍以上。如此高的傳輸速率，就需要對光接口、物理層和MAC層、包處理器以及流量管理和調度部分、交換機的背板、交換矩陣進行重新設計?！?/P>

具體來說，對于100G的光接口部分，需要考慮色散補償和極化色散。在物理層和MAC層部分，可以考慮保持802.3的幀格式以及對最大最小包長的定義，另外還要能夠對單一的100G信號進行處理以及進行CRC校驗。包處理以及流量管理和調度部分，則需要考慮對內存的訪問帶寬、速度、耗電量以及多個循環(huán)的包處理能力，這就需要提高內存的訪問頻率以及增加芯片的數量。對于交換機的背板，博科采用高速的serdes背板信號技術以及第四代clos交換矩陣技術滿足100G以太網的要求。而各個關鍵部分都需要更為先進的半導體技術，一個100G接口需要150Mpps的包處理能力，如此快的處理速度對芯片的耗電量和成本都是一個很大的挑戰(zhàn)，要克服上述兩個問題使用65nm工藝相對較困難，而45nm工藝水平在2010年左右達到成熟，提高更高的芯片之間的傳輸速率和內存的訪問帶寬以及降低耗電量。