40G以太网的部署理由及市场潜力

1月5日消息，40G以太网正成为不可阻挡的商业趋势。虽然10G以太网仍被广泛运用于数据中心，但CIO和IT经理们必须提前考虑未来需求（参见图1）：高带宽应用，例如服务器虚拟化和云计算、数据中心光纤整合、以及最终用户对于更高性能计算的需求。对更快的数据传输速率的需求将不断增长并对网络生产效率和OPEX成本带来重要意义。

2010年6月，IEEE适时行动，正式采纳了IEEE标准802.3baTM，为40G以太网和100G以太网的发展铺平了道路。随着速度的提升，网络能够将新发现的10G以太网资源移动到接入层，让更强大的40G以太网设备处理聚合层及核心层的流量。分析师的预测和原始设备制造商的全力开发说明，40G以太网必将成为IT环境不可或缺的一部分，剩下的只是时间和方式问题。

图1：驱动高速以太网需求的当前趋势

本白皮书将分析40G以太网的未来发展以及它对网络架构的影响，并为IT经理解释迁移到新的标准需要哪些准备工作。

40G以太网的商业现状

自1980年2月IEEE802标准委员会成立之时起，以太网在各个层面中的输送速度有了显著提升，间隔时间却大幅缩短。现在，距10G以太网标准的确立仅八年之后，IEEE就已经采纳了802.3ba，为40G以太网和100G以太网铺平了道路。

图2：代表前沿部署趋势；大面积市场部署通常晚几年

如图2所示，接入层内的I/O数据传输速率每24个月翻一倍，而核心层传输速率大约每18个月翻一倍。40G以太网背后的主要驱动力是新一代高速、高需求计算应用和技术，其中包括虚拟服务器和云计算的扩展部署。截至2009年末，将近有五分之一的新服务器中实现虚拟化1。同时，经济形势带来的财务压力也让网络不得不寻找整合资源的方法，以便降低OPEX和总体拥有成本。

图3：40G以太网和100G以太网的多模和单模实施成本

多模光缆40G以太网拥有四倍容量，且可经济地迁移至100G以太网（参见图3），显然是数据网络发展的下一目标。考虑到迫切程度的增加以及价格的降低等因素，市场调研公司Dell''Oro集团的分析师认为，到2013年，40Gbps光缆市场的成交金额将达到145亿美元2。

IT经理是否应暂缓部署40G以太网技术而等待100G以太网面市有一些争论，但鉴于40G以太网的设计灵活性和相对100G以太网的成本优势，这一问题很快沉寂。目前，40G以太网可以有效地部署在数据中心网络的聚合链路内。到2016年，40G以太网还将普遍应用于接入链路，实现图4所示的服务器连接。作为40G以太网的补充，100G以太网更适合电信服务提供商和数据中心核心链路。

图4：40G以太网交换设备成为主流的预测时间表

对于有意保持竞争力的IT经理和CIO来说，40G以太网是增加所需带宽的最佳选择，但如果规划不当，网络运营商在面临升级需求时可能措手不及。

本文详细说明了全面评估、规划和指定40G以太网网络升级的过程。如图4所示，虽然距离40G以太网大面积普及尚需数年，但IT经理和CIO最好马上着手迁移规划。

40G以太网：详细情况

40G以太网和100G以太网是由IEEE802.3ba工作小组开发的以太网标准，支持每秒40和100Gb的以太网帧传送，同时确立了通过主干网络、铜缆布线、多模光缆和单模光缆通信的物理层规范。40G以太网/100G以太网标准的正式开发始于2008年1月，2010年6月正式获得批准。

40G以太网网络层的核心是一对经电缆（比如OM4或OM3光缆）连接的收发器。收发器继而插入网络服务器或各种组件，如网络接口卡和交换机等。

图5：针对第1代部署规划的收发器尺寸

收发器：40G以太网收发器（图5）是按照几个标准尺寸开发的。CFP（C型可插入）收发器拥有12个10Gb/s发射通道和12个10Gb/s接收通道，只支持一个100G以太网端口或最多三个40G以太网端口。其尺寸较大，适合单模光缆，也可轻松地匹配多模光缆或铜缆。CXP尺寸的收发器也在每个方向上提供12个通道，但比CFP小很多，适合多模光缆和铜缆。QSFP（四通道小型可插入）与CXP尺寸相当，提供4个发射通道和4个接收通道，支持目前的40G以太网多模光缆和铜缆应用，未来也可能支持单模应用。QSFP还可能在通道速率增至25Gb/s后投入100GE应用。

图6：10G以太网和40/100G以太网的布线选择

电缆和连接件：如图6所示，光缆和铜缆均可用于40G以太网布线。可支持的信道长度取决于电缆和收发器类型。关于连接件，802.3ba标准中唯一明确指出的变化是在多模收发器上使用MPO型连接器，以便支持多芯并行光纤信道。

对于在40G或100G下运行的数据中心环境，通常推荐OM3和OM4多模光缆布线，两者的距离支持比铜缆解决方案更广泛的部署配置，且成本低于单模光缆解决方案。

图7：多模光缆10/40/100G以太网的以太网信道配线布局

IEEE802.3以太网信道布局

并行光纤的使用

以太网标准传统上依靠双工光纤布线，每个信道有一条光纤负责发射，另一条负责接收。但802.3ab标准要求每个信道有多个流量通道。因此，40/100G以太网标准使用了图7中所示的并行光纤。40G以太网规范提倡12芯光缆布线解决方案，每个信道拥有4条专用发射光纤和4条专用接收光纤。中间四条光纤保持闲置。100G以太网解决方案规定使用24条光纤，分为两个12芯阵列，一个阵列专用于发射，另一阵列专用于接收。每个阵列中，中间10条光纤用于传输流量，而两端2条光纤闲置。

上图说明了100G以太网的几种不同接口，其中首选方案是单个24芯MPO连接件，或者也可用两个12芯连接件构成信道，连接件垂直或并排配置。

40G以太网在网络中的部署

新的40G以太网技术首先可能部署在数据中心内，如图8所示。这有助于打破接入交换机与配线交换机连接层面上的瓶颈。

Dell''Oro集团以太网交换机和企业电话市场调查部门主管AlanWeckel表示："随着企业开始在布线机柜内部署客户端交换机10G以太网上行链路，以及10G以太网直接服务器连接，这些链路的聚合将形成网络瓶颈，直到更高速度普及后才能打破。"

图8：整个数据中心网络中的40/100G以太网部署

Weckel解释道："例如，目前企业必须部署复杂的胖树或生成树架构来聚合10G以太网，聚合器和被聚合端使用相同速度。我们相信，40G以太网和100G以太网对满足数据中心不断增加的带宽需求至关重要。"

40G以太网最有吸引力的一大特点是应用的广泛性和设计的灵活性。考虑到生产效率的提升和OPEX的降低，正确迁移到40G以太网将带来可观的成本效益。

在迁移到40G以太网时，一些网络可以继续使用目前的10G以太网交换机底盘，仅需升级线路卡和收发器。部署CFP尺寸收发器后，可以灵活地从40G以太网迁移至100G以太网。

布线方面，OM3或OM4光缆最适合40G以太网或100G以太网数据中心环境，两者主要差异在于最大跨距。在10G以太网网络中，OM3光缆的最大跨度可达300米，而OM4支持更长的信道。在40G以太网或100G以太网环境中，按IEEE802标准，OM3的最长跨度可达100米，OM4则为150米。对于接近150米的应用，电缆应通过低损耗连接件端接。

从10G以太网升级至40G以太网还有许多替代途径。要为您的网络做出最佳选择，需要考虑下列关键问题：

确认部署40G以太网物理层比聚合10G以太网信道更有效时，哪些因素起决定作用？

哪些硬件或布线，如有的话，需要更换或重新配置？

各种40G以太网传输替代方案有何功能？

马上行动，打造面向未来的网络

迁移规划的推迟，可能让您在评估和选择最佳迁移途径的过程中出现纰漏。尽管从10G以太网升级至40G以太网的过程应该相对顺利，但当今的网络管理员必须进行长远的考虑。这意味着，不仅要让原有系统完美转换到40G以太网环境，也要预见到转换过程是否影响100G以太网及更高技术的最终迁移。只有及时和全面地考虑这些问题并制定实施计划，IT人员才能打造面向未来的网络。

请记住，预先计划过程不表示立即购买。802.3ba规范已经就位，网络规划可以放心进行，不用担心IT环境发生剧变。