升級到100G——高端核心交換機平臺購買指南

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在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商開啟向高端交換機靠攏的產(chǎn)品策略時，企業(yè)核心業(yè)務(wù)和應(yīng)用對高帶寬網(wǎng)絡(luò)的需求也開始高漲，二者作用的結(jié)果，就是眼下在標(biāo)準(zhǔn)通過之前特殊時期內(nèi)的100G市場需求。為應(yīng)對“每天超過10億次以上的交易和PB級的數(shù)據(jù)量”，紐約證券交易所決定在2010年開始部署100Gbps的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。與此同時，Verizon公司正在積極開展100G網(wǎng)絡(luò)能力的測試工作，以期在2010年將美國主干網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)的用戶正逐漸增多。根據(jù)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(yù)測報告，2008年企業(yè)和服務(wù)供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的10G和40G光載波和以太網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)設(shè)備端口銷售收入將會在未來5年內(nèi)強勁增長，企業(yè)和服務(wù)供應(yīng)商預(yù)計在2008和2013年之間累計花費1050億美元。

潛在用戶群

數(shù)據(jù)中心•運營商•園區(qū)網(wǎng)

當(dāng)IEEE 802.3高速研究小組（HSSG）在2006年將100G列為下個以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)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(jīng)到了“迫切”的程度，他們甚至已經(jīng)等不及802.3ba標(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)中心應(yīng)用領(lǐng)域，以解決大流量數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。而在數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚俾屎痛罅髁勘尘跋?，運營商與數(shù)據(jù)中心自然結(jié)成了互相依存的關(guān)系。實際上，隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展，以及3G、Wi-Fi、WiMAX等無線寬帶技術(shù)的興盛，運營商也是較早預(yù)見到高帶寬設(shè)備需求，并期盼有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)予以支撐的用戶。同時，大型企業(yè)的園區(qū)網(wǎng)核心交換平臺，也將成為100G交換機龐大的潛在市場。當(dāng)然，如果再做一些延伸的話，還可以進一步涵蓋到互聯(lián)網(wǎng)核心節(jié)點、教育機構(gòu)、搜索引擎、大型網(wǎng)站、高性能計算等領(lǐng)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(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)的發(fā)展本身就來自于高端用戶需求的推動，如果現(xiàn)在有100G成熟產(chǎn)品，他們馬上就會去買。”比如Yahoo、YouTube、Sprint這些對網(wǎng)絡(luò)帶寬有著非常高要求的公司，以及美國、歐洲的幾大互聯(lián)網(wǎng)交換節(jié)點都期盼著早日部署100G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。根據(jù)2008年11月的數(shù)據(jù)，位于阿姆斯特丹的互聯(lián)網(wǎng)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(yīng)用100G的應(yīng)該是運營商和大型IDC機房。用戶關(guān)注更多的不是產(chǎn)品，而是100G能給他們帶來的真正作用，對業(yè)務(wù)能有多大的改善?！备鶕?jù)IDC的預(yù)期，在運營商市場方面，由于今明兩年將是國內(nèi)3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的高峰期，相關(guān)建設(shè)將帶動以太網(wǎng)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(guān)渠道的了解來看，情況仍然沒有好轉(zhuǎn)，預(yù)計2009年將呈現(xiàn)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(chǎn)品就開始頻頻亮相。首先是去年年初思科發(fā)布的Nexus 7000數(shù)據(jù)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(wǎng)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(wǎng)交換機；最近，H3C的數(shù)據(jù)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(yīng)該如何選擇呢？

100G如何實現(xiàn)

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(wǎng)絡(luò)傳輸能力，以及在單一的802.3ba標(biāo)準(zhǔn)上對40G和100G兩種不同速率的支持。具體到100G交換機產(chǎn)品，大家往往更加關(guān)心標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備相比，業(yè)界對于100G高端交換機平臺在技術(shù)和功能上的獨特之處又是如何認識的呢？

H3C網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品部總工程師趙曉軒認為，100G的獨特之處首先在于“以太網(wǎng)的帶寬需求和芯片技術(shù)發(fā)展不匹配”——以太網(wǎng)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(shè)計技術(shù)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(yīng)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(wǎng)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(yīng)采用多級多平面的交換體系架構(gòu)，通過多個交換平面來實現(xiàn)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(zhuǎn)發(fā)，從而杜絕傳統(tǒng)報文在單平面的轉(zhuǎn)發(fā)擁塞?！斑@樣就真正做到了100G的背板設(shè)計，而不是10個萬兆捆綁的設(shè)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(zhuǎn)發(fā)不均流的現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)的端口擁塞和效率問題。通過H3C創(chuàng)新的IRF技術(shù)，還使得多臺設(shè)備虛擬化成一臺設(shè)備，既簡化了管理，又使得系統(tǒng)容量可以隨著設(shè)備的增加不斷疊加。

瞻博網(wǎng)絡(luò)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(wù)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(shù)來實現(xiàn)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(shè)備廠商采用自主研發(fā)的芯片為基礎(chǔ)，去定制能處理高速接口的芯片?！贝送猓瑯I(yè)務(wù)需求實的多元化，還要求核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持虛擬路由器等技術(shù)。虛擬化另一個發(fā)展趨勢是多臺設(shè)備組成虛擬機柜，也可以提高網(wǎng)絡(luò)容量和性能，從而降低故障率。

Force10公司副總裁、首席科學(xué)家Joel Goergen列舉了實現(xiàn)100G的幾個關(guān)鍵因素：首先是電到光的鏈路轉(zhuǎn)換設(shè)備的選擇，需要在原來適用于千兆和萬兆鏈路的2.5G轉(zhuǎn)換設(shè)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(shù)之一。而要實現(xiàn)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(xiàn)，目前市場上沒有其他任何現(xiàn)成的技術(shù)可用。接下來是背板和光接口技術(shù)，要在高速率情況下保證信號的準(zhǔn)確和完整性。背板的信號性能（包括信號準(zhǔn)確性、誤碼率、信噪比等）也非常關(guān)鍵，當(dāng)傳輸速率很快的時候，設(shè)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(lián)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(guān)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(xiàn)也越來越難。Goergen表示，“這些100G的關(guān)鍵技術(shù)涉及到產(chǎn)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(chǔ)技術(shù)研究廠商，配合在一起逐一解決這些技術(shù)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(dāng)中，該公司高級技術(shù)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(xiàn)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?！耙_到這個目標(biāo)，首先要提高設(shè)備的交換容量，包括整機的交換容量和單板的交換容量?！惫仍鲈平榻B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(wǎng)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(yīng)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(diào)度部分、交換機的背板、交換矩陣進行重新設(shè)計。”

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?qū)我坏?00G信號進行處理以及進行CRC校驗。包處理以及流量管理和調(diào)度部分，則需要考慮對內(nèi)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(nèi)存的訪問頻率以及增加芯片的數(shù)量。對于交換機的背板，博科采用高速的serdes背板信號技術(shù)以及第四代clos交換矩陣技術(shù)滿足100G以太網(wǎng)的要求。而各個關(guān)鍵部分都需要更為先進的半導(dǎo)體技術(shù)，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(nèi)存的訪問帶寬以及降低耗電量。