10-Gigabit-Ethernet-Switching-Technologie für Unternehmen

Technologie im Überblick

MAC-Layer-Eigenschaft

Da 10-Gigabit-Ethernet immer noch ein Teil von Ethernet ist, kann es die im Laufe der Jahre weiterentwickelte Ethernet-Technologie nutzen, um den Migrationsprozess zu dieser schnelleren Technologie zu vereinfachen. Wie früheres Fast Ethernet und Gigabit Ethernet verwendet 10 Gigabit Ethernet das IEEE 802.3 Ethernet MAC-Protokoll, das Ethernet-Frame-Format und die Frame-Größe. Es unterstützt Standard-Ethernet-Dienste wie 802.3ad Link Aggregation, die bis zu acht 10-Gigabit-Ethernet-Links zu einer einzigen virtuellen 80-Gbit/s-Verbindung zusammenfassen können. Da 10 Gigabit Ethernet auch eine Vollduplex-Peer-to-Peer-Technologie ist, kann es den Verkehr von beiden Enden der Verbindung unterstützen, ohne Paketkollisionen zu verursachen. Daher gibt es keine inhärente Entfernungsbegrenzung. Die maximale Linkdistanz hängt vom Transportmechanismus und dem Übertragungsmedium Faser ab und ist unabhängig von der Reichweite der Ethernet-Kollisionsdomäne.

Attribut der physikalischen Schicht

Namenskonventionen und Arbeitsumfang für generische Schnittstellen

Als eine neue Art von Ethernet-Technologie auf den Markt kam, lautete eine der ersten Fragen: „Wie weit kann sie reisen?“ Wie bei früheren Ethernet-Technologien hängt die Übertragungsdistanz von Gigabit-Ethernet von der Art der vom Benutzer verwendeten physikalischen Schnittstelle ab. Es stehen viele Gigabit-Ethernet-Schnittstellen zur Verfügung, sodass eine einheitliche Namenskonvention erforderlich ist, um zwischen verschiedenen Glasfaserschnittstellen, Glasfasertypen und Übertragungsentfernungen zu unterscheiden.

Aussehen

Die steckbare 10-Gigabit-Ethernet-Schnittstelle hat eine Vielzahl von Formen, wie z. B. XENPAK, X2 und XFP. Aus Bereitstellungssicht sind die Hauptunterschiede zwischen diesen Erscheinungsbildern: 1) die Breite der physischen 10-Gigabit-Ethernet-Schnittstelle, die von einem bestimmten Erscheinungsbild unterstützt wird; 2) die körperliche Größe. Beispielsweise unterstützt der XFP-Formfaktor derzeit aus Platzgründen keine optischen 10GBASE-LX4- und 10BASE-CX4-Übertragungsmodule. Solange die 10 Gigabit Physische Ethernet-Schnittstellentypen (wie 10GBASE-LX4 oder 10GBASE-SR) an den beiden Enden der Verbindung gleich sind, können verschiedene Arten von Schnittstellen bei der optischen Übertragung zusammenarbeiten.

Die Vorteile von 10 Gigabit Ethernet gegenüber der Aggregation mehrerer Gigabit Ethernet Links:

• Reduzieren Sie die Glasfasernutzung – ein Bündel von 10-Gigabit-Ethernet-Verbindungen verbraucht weniger als die Gigabit-Ethernet-Aggregation. Letzteres erfordert für jeden Gigabit-Ethernet-Link ein Glasfaserbündel. Dieser Vorteil von 10 Gigabit Ethernet kann den Verkabelungsaufwand des Rechenzentrums reduzieren. Für Campus-Umgebungen, die möglicherweise nicht in der Lage sind, mehr Glasfaser zu verlegen, kann 10-Gigabit-Ethernet die vorhandene Glasfaserverkabelung effizienter nutzen.

• Leistungsstärkere Unterstützung für große Datenströme – Aufgrund der Paketsequenzierungsanforderungen von Endgeräten unterstützen die Verbindungen, die Gigabit-Ethernet-Verbindungen aggregierten, nur 1-Gbit/s-Datenströme. Im Gegensatz dazu kann 10 Gigabit Ethernet aufgrund der höheren Kapazität eines einzelnen 10-Gigabit-Ethernet-Links Anwendungen effizienter unterstützen, die mehrere Gb-Streams generieren.

• Längere Bereitstellungsdauer – 10-Gigabit-Ethernet bietet eine höhere Skalierbarkeit als Mehrfach-Gigabit-Ethernet-Verbindungen für eine längere Bereitstellungsdauer. Bis zu acht 10-Gigabit-Ethernet-Links können zu einer virtuellen 80-Gbit/s-Verbindung zusammengefasst werden.

Enterprise-Anwendungsszenario von 10 Gigabit Ethernet

10-Gigabit-Ethernet kann jetzt über vorhandene Glasfaserkabel vom Rechenzentrum zum Uplink des Verteilerschranks bereitgestellt werden. Wenn die Verbindungsbandbreite des Endgeräts zunimmt, kann die 10-Gigabit-Ethernet-Bereitstellung weiter über den Kern des Netzwerks hinaus ausgedehnt werden, wodurch die Skalierbarkeit des Netzwerks verbessert wird. Solche ausgedehnten Bereitstellungen haben die Übernutzung der Uplinks im Kabelschrank stark erhöht, insbesondere wenn man bedenkt, dass mehr als 90 % des Inter-Wiring-Verkehrs durch den Uplink von Nord nach Süd fließen werden.

In den späten 1990er Jahren war es üblich, 10/100-Ethernet für Desktops mit redundanten Gigabit-Ethernet-Uplinks bereitzustellen. Angenommen, 192 Benutzer sind mit jedem Switch verbunden. In diesem Fall beträgt die Übernutzungsrate etwa 19:1. Gemäß den Anforderungen der Best Practices für das Standard-Netzwerkdesign sollte die überschüssige Bandbreitennutzung im Verteilerschrank zwischen 15:1 und 20:1 liegen, sodass diese Praxis nicht über den Geltungsbereich der Vorschriften hinausgeht. Mit der zunehmenden Beliebtheit von Gigabit-Ethernet auf dem Desktop in den letzten Jahren haben sich diese übermäßigen Nutzungsraten jedoch schnell auf 48:1 oder sogar 96:1 erhöht. Auch wenn der Kabelschrank-Uplink auf zwei oder vier Gigabit-Ethernet-Kanäle angewachsen ist, hat sich die Situation nicht geändert. Bereitstellung von 10-Gigabit-Ethernet-Uplinks für aktuelle Schaltlösungen hilft, die übermäßige Nutzung des Verteilerschranks wieder an die Anforderungen der bewährten Verfahren für das Netzwerkdesign anzupassen, und erweitert die Bandbreitenkapazität weiter, um zukünftigen Anforderungen gerecht zu werden.

Desktopanwendung

10-Gigabit-Ethernet-Bereitstellungen im gesamten Unternehmen können eine zunehmende Anzahl von Desktop-Anwendungen unterstützen. Diese Anwendungen haben den Bedarf des Unternehmens an Bandbreite stark erhöht, darunter:

Desktop-Datenlast insgesamt

Da die Desktop-Workloads weiter wachsen (wie in Abbildung 3 dargestellt) und neue Anwendungen höhere Bandbreiten erfordern, steigen die Gesamtbandbreitenanforderungen jedes Desktops weiter. Besonders wichtig sind beispielsweise PC-Backup-Anwendungen, da immer mehr Mitarbeiter auf aktuelle PC-Daten angewiesen sind. Durch automatisches Ausführen von Backup-Aufgaben anstelle von Benutzern können Datenverluste reduziert und die Backup-Häufigkeit erhöht werden. Häufige PC-Backups aller Desktops in einem Unternehmen belasten das Netzwerk stark, insbesondere angesichts der Auswirkungen wachsender Dateigrößen (wie Microsoft Outlook-Datendateien und PowerPoint-Präsentationen). Darüber hinaus wechseln Unternehmen von traditionellen Client/Server-Anwendungen (d. h. mit aufgeblähten, dedizierten Clients auf jedem Desktop) zu webbasierten Anwendungen (die einen einfachen Standardbrowser auf jedem Desktop verwenden), um die Vorteile der Kosteneinsparungen zu nutzen der Web-Technologie in Betrieb und Entwicklung.

•IP-Videoanwendungen

– Viele Unternehmen setzen IP-Videoanwendungen mit hoher Bandbreite ein, um die Produktivität zu steigern und die Betriebskosten zu senken. Online-Lernen ermöglicht Mitarbeitern beispielsweise den kostengünstigen Zugriff auf wichtige Schulungsinformationen rund um die Uhr, den Zugriff auf zeitnahe Verkaufsschulungen und schnelle Schulungen zur Bereitstellung von Dienstleistungen, Kursen, Fähigkeiten und behördlichen Schulungen zur Verbesserung der Mitarbeiterproduktivität. Die IP-Videokommunikation zwischen Unternehmen und Management trägt dazu bei, den Konsens der Geschäftsangestellten über die Geschäftsziele zu stärken und die Arbeitsmoral der Mitarbeiter zu verbessern. Dies ist auch ein äußerst effektiver Weg, um die Kommunikation innerhalb multinationaler Unternehmen zu fördern. IP-Videoüberwachungslösungen werden verwendet, um die Sicherheitstransparenz zu erhöhen und den Abruf und die Analyse archivierter Daten zu beschleunigen. Für diejenigen, die eine persönliche Kommunikation benötigen, aber keine Zeit für den vorgesehenen Ort haben, können IP-Videokonferenzen effektiv zusammenarbeiten. Alle diese IP-Videoanwendungen sind in der Lage, abhängig von der Videoqualität, die das Unternehmen erreichen möchte, mehrere IP-Videostreams mit bis zu mehreren Gbit/s zu generieren. Dies wird zweifellos viel Netzwerkbandbreite beanspruchen.

•Branchenspezifische Anwendungen

– Viele Branchen haben kundenspezifische Anwendungen, die eine erhebliche Bandbreitenkapazität und hohe Leistung erfordern. Unabhängig davon, ob diese Anwendungen geclustert sind oder auf dem Client-Server-Modell basieren, kann 10-Gigabit-Ethernet die Netzwerkleistung schnell verbessern. Beispielsweise werden in der medizinischen Industrie häufig digitale Bildgebungsanwendungen (wie Bildarchivierungssysteme [PACS]) verwendet, um Kosten zu senken, die Zeit zum Erfassen und Analysieren medizinischer Bilder (wie Röntgen-, MRT- und CAT-Scans) zu verkürzen. und die Produktivität von medizinischem Fachpersonal zu verbessern. In der Medien- und Werbebranche können digitale Videoanwendungen Unternehmen dabei helfen, Videoclips effektiv zu produzieren und sie in verteilten Teams zu bearbeiten und zu überprüfen. In der Fertigungsindustrie müssen immer mehr große CAD- und CAM-Konstruktionsdateien von Teammitgliedern an verschiedenen Standorten gemeinsam genutzt werden. In der Finanzbranche hat der anhaltende Bedarf an wertvolleren Finanzinformationen in Echtzeit den Bedarf an Netzwerkleistung weiter erhöht.

Speichernetzwerk

Angetrieben von Anwendungen wie Kundenservice, Messaging, E-Commerce, Online-Multimedia und Verzeichnisinhalten ist die Nachfrage der Unternehmen nach Speicherkapazität weiter gestiegen. Eine solche „Informationsexplosion“ erfordert von der IT und den Managern, Wege zu finden, um kostengünstig auf die Daten zuzugreifen, sie zu verwalten und zu schützen.

Der Wechsel von serverzentriertem Direct-Attached Storage zu netzwerkzentriertem Shared Storage ist eine wichtige Strategie, um diese Ziele zu erreichen. Die gemeinsame Nutzung von Netzwerkspeicher in Rechenzentren, Metronetzen und Unternehmen kann die folgenden Vorteile bringen:

• Maximieren Sie die gemeinsame Nutzung von Speicher- und Informationsressourcen

• Vereinfachen Sie die Verwaltung der Speicherumgebung

• Minimieren Sie die Gesamtbetriebskosten (TCO) Ihres Speichers

• Verbessern Sie die Datenverfügbarkeit und -integrität

Mit 10-Gigabit-Ethernet können IT-Manager ihre Netzwerkspeicherumgebungen jetzt auf die nächste Ebene bringen und Ethernet-basierte Netzwerke nutzen, um die anspruchsvollsten Speicherlösungen zu unterstützen, wie z.

• Verbesserung der geschäftlichen Nachhaltigkeit durch Backup und Disaster Recovery im Rechenzentrum

– Um strenge Geschäftsanforderungen zu erfüllen, stehen Unternehmen vor der Herausforderung, kostengünstige, sichere und skalierbare Strategien für Geschäftskontinuität und Notfallwiederherstellung zu entwickeln. Ein wichtiger Faktor für Unternehmen, die Metro-Speichernetzwerke einführen, ist, dass sie Backups und Remote Mirroring an entfernten Standorten einrichten müssen, um Rechenzentren zu erweitern, die ihre Kapazitätsgrenzen erreicht haben, oder um Rechenzentrumsressourcen an mehreren Standorten oder Standorten zu zentralisieren. Die Remote-Übertragungsfunktion von 10 Gigabit Ethernet ermöglicht es Unternehmen, Hochgeschwindigkeitsnetzwerkverbindungen zwischen zwei 80 Kilometer voneinander entfernten Standorten bereitzustellen. Die Übertragungsdistanz kann durch den Einsatz eines optischen Verstärkers und eines Streukompensators weiter verlängert werden. So können die Unternehmen mehrere Standorte innerhalb dieser Reichweite unterstützen und Datenübertragungen vom Speicher zum Server und von Speicher zu Speicher ermöglichen. Mit der hohen Bandbreite, geringen Latenz und Sicherheit, die 10 Gigabit Ethernet und intelligentes Switching bieten, können Unternehmen Daten einfacher und nahtloser zwischen Remote-Komponenten von Unternehmensspeichersystemen übertragen. Abbildung 4 zeigt eine 10-Gigabit-Ethernet-Infrastruktur, die alle IP-basierten Lösungen und Technologien für Ballungsräume unterstützt, darunter Network Attached Storage (NAS), Internet Small Computer System Interface (iSCSI), IP-basierten Fibre Channel (FCIP) und Network Data Management Protocol (NDMP).

Für Aggregationen, die eine höhere Bandbreite, längere Übertragungsentfernungen, geringere Latenzzeiten und Bereitstellungen erfordern, die Nicht-IP-Technologien unterstützen (z.DWDM) im Metropolitan Area Network (MAN) bietet protokollunabhängige Speicherzugriffs- und Transportfähigkeiten mit hoher Kapazität. Zu den wichtigsten Speicheranwendungen für dieses glasfaserbasierte Netzwerk in Großstädten gehören Backup, Remote-Spiegelung, Notfallwiederherstellung, Clustering und Speicher-Outsourcing. Synchrone Spiegelung erfordert eine extrem niedrige Latenz und eine hohe Bandbreite, und 10-Gigabit-Ethernet bietet eine ideale Kombination dieser Elemente, um diese geschäftskritischen Anforderungen zu erfüllen.

Abbildung 5. 10-Gigabit-Ethernet für die gemeinsame Nutzung und Konsolidierung von NAS-Daten:

Abbildung 6. 10-Gigabit-Ethernet für verbesserte Fan-Out-Fähigkeit zur Speicherkonsolidierung:

Cluster- und Grid-Computing

Clustering und Grid-Computing sind darauf ausgelegt, die Anforderungen von Anwendungen zu erfüllen, die umfangreiche CPU-Berechnungen, Aufgabenverarbeitung und E/A-Übertragungen erfordern. Diese Anwendungen benötigen mehrere Server, um die Arbeitslast effizient zu bewältigen. Clustering bietet eine kostengünstige Möglichkeit, die Rechenanforderungen auf mehrere Server auszudehnen, sodass mehrere Rechenknoten als großer und virtueller Rechenknoten zusammenarbeiten können. Cluster-Anwendungen können äußerst empfindlich auf die Verbindungsleistung zwischen Rechenknoten reagieren und stellen daher hohe Anforderungen an die Netzwerkinfrastruktur, die diese Knoten verbindet. Daher können die Cluster-Anwendungen unterstützt werden, indem die Netzwerkleistung mit der geringen Latenz von 10 Gigabit Ethernet maximiert wird. Um die Serverlatenz und die CPU-Auslastung zu minimieren, beginnen Unternehmen, einige neuartige serverseitige Technologien wie E/A-Beschleunigung auf Systemebene, TCP/IP Offload Engine (TOE) und Remote Direct Memory Access (RDMA) einzuführen. Diese erheblichen Fortschritte bei der Netzwerk- und Serverleistung können auch von den Vorteilen der weit verbreiteten Ethernet- und IP-Technologien in Bezug auf Interoperabilität, Verwaltung und Investitionsschutz profitieren.
Obwohl Cluster-Computing-Bereitstellungen hauptsächlich von Forschungseinrichtungen verwendet werden, übernehmen immer mehr kommerzielle Organisationen diese Technologie. Anbieter von Datenbanken und Anwendungsservern haben ihre Produkte um Unterstützung für Cluster-Computing erweitert. Cluster-Computing wird auch häufig in anderen High-Performance-Computing-(HPC)-Anwendungen wie Finanzanalyse und -modellierung, Öl- und Gasexploration und -analyse sowie Ingenieurmodellierung verwendet.

Abbildung 7. 10-Gigabit-Ethernet für Clustering und Grid-Computing:

Zusammenfassung

Der Einsatz von 10-Gigabit-Ethernet nimmt aufgrund des Preises, der Leistungsziele, der Unterstützung neuer Glasfaserschnittstellen für breitere Bereitstellungen und der steigenden Bandbreitenanforderungen für neuere Anwendungen schnell zu. 10-Gigabit-Ethernet ist jedoch nur eine Netzwerkschnittstelle für eine breitere Palette von Switching-Lösungen. Eine erfolgreiche 10-Gigabit-Ethernet-Bereitstellung kombiniert einige führende intelligente Switching-Dienste wie integrierte Sicherheit, Hochverfügbarkeit, Bereitstellungsoptimierung und verbesserte Verwaltbarkeit, um die erforderliche Unterstützung für neue Anwendungen bereitzustellen. Darüber hinaus sollten Unternehmen zur Minimierung der Kosten vorhandene Austauschinvestitionen in Module, Chassis und andere Komponenten beim Übergang zu 10-Gigabit-Ethernet voll ausschöpfen.