企業向けの10ギガビットイーサネットスイッチングテクノロジー

技術の概要

MAC層のプロパティ

10ギガビットイーサネットは依然としてイーサネットの一部であるため、長年にわたって進化してきたイーサネットテクノロジーを利用して、このより高速なテクノロジーへの移行プロセスを簡素化できます。 以前のファストイーサネットおよびギガビットイーサネットと同様に、10ギガビットイーサネットはIEEE 802.3イーサネットMACプロトコル、イーサネットフレーム形式、およびフレームサイズを使用します。 最大802.3つの10ギガビットイーサネットリンクを単一の仮想80Gbps接続に集約できる10adリンクアグリゲーションなどの標準イーサネットサービスをサポートします。 XNUMXギガビットイーサネットも全二重ピアツーピアテクノロジーであるため、パケットの衝突を引き起こすことなく、リンクの両端からのトラフィックをサポートできます。 したがって、固有の距離制限はありません。 最大リンク距離は、トランスポートメカニズムと伝送媒体ファイバに依存し、イーサネット衝突ドメインの範囲には依存しません。

物理層属性

ジェネリックインターフェイスの命名規則と作業範囲

新しいタイプのイーサネットテクノロジーが登場したとき、人々が最初に尋ねた質問のXNUMXつは、「どこまで移動できるか」でした。 以前のイーサネットテクノロジーと同様に、ギガビットイーサネットの伝送距離は、ユーザーが使用する物理インターフェイスのタイプによって異なります。 利用可能なギガビットイーサネットインターフェイスは多数あるため、さまざまなファイバインターフェイス、ファイバタイプ、および伝送距離を区別するために、統一された命名規則が必要です。

外観

10 ギガビット イーサネットのプラガブル インターフェイスには、XENPAK、X2、XFP など、さまざまな形状があります。 展開の観点から見た、これらの外観の主な違いは次のとおりです。1) 特定の外観でサポートされる 10 ギガビット イーサネット物理インターフェイスの幅。 2) 物理的なサイズ。 たとえば、XFP フォーム ファクタは、スペースの制約により、現在 10GBASE-LX4 および 10BASE-CX4 光伝送モジュールをサポートしていません。 限り 10ギガビット イーサネット物理インターフェイス タイプ (10GBASE-LX4 または 10GBASE-SR）リンクの両端が同じであれば、異なるタイプのインターフェイスが光伝送で相互運用できます。

複数のギガビットイーサネットリンクの集約に対する10ギガビットイーサネットの利点：

•ファイバーの使用量を削減— 10ギガビットイーサネットリンクのバンドルは、ギガビットイーサネットアグリゲーションよりも使用量が少なくなります。 後者では、ギガビットイーサネットリンクごとにファイバーバンドルが必要です。 10ギガビットイーサネットのこの利点により、データセンターの配線の複雑さを軽減できます。 コストをかけてより多くのファイバーを敷設できない可能性のあるキャンパス環境では、10ギガビットイーサネットは既存のファイバーケーブルをより効率的に使用できます。

•大規模なデータストリームのより強力なサポート–エンドデバイスのパケットシーケンス要件により、ギガビットイーサネットリンクを集約したリンクは1Gbpsのデータストリームのみをサポートします。 対照的に、単一の10ギガビットイーサネットリンクの容量が大きいため、10ギガビットイーサネットは複数のGbストリームを生成するアプリケーションをより効率的にサポートできます。

•より長い展開寿命– 10ギガビットイーサネットは、複数のギガビットイーサネットリンクよりも優れたスケーラビリティを提供して、展開寿命を延ばすことができます。 最大10つの80ギガビットイーサネットリンクをXNUMXつの仮想XNUMXGbps接続に集約できます。

10ギガビットイーサネットのエンタープライズアプリケーションシナリオ

10 ギガビット イーサネットを、データ センターからワイヤリング クローゼットのアップリンクまでの既存のファイバー ケーブルに展開できるようになりました。 端末デバイスの接続帯域幅が増加するにつれて、10 ギガビット イーサネットの展開はネットワークのコアを超えて拡張し続けることができるため、ネットワークのスケーラビリティが向上します。 このような大規模な導入により、ワイヤリング クローゼット内のアップリンクの過剰使用が大幅に増加しました。これは、相互配線トラフィックの 90% 以上がアップリンクを介して北から南に流れることを特に考慮した場合に当てはまります。

1990 年代後半には、冗長ギガビット イーサネット アップリンクを備えたデスクトップに 10/100 イーサネットを導入するのが一般的でした。 各スイッチに 192 人のユーザーが接続されているとします。 その場合、超過使用率は約 19:1 です。 標準ネットワーク設計のベスト プラクティスの要件によると、ワイヤリング クローゼットでの超過帯域幅の使用は 15:1 ～ 20:1 である必要があるため、このプラクティスは規制の範囲を超えていません。 しかし、近年のデスクトップへのギガビット イーサネットの人気の高まりに伴い、これらの超過使用率は急速に 48:1 または 96:1 にまで達しています。 ワイヤリング クローゼットのアップリンクが 10 つまたは XNUMX つのギガビット イーサネット チャネルに増えても、状況は変わりません。 現在の XNUMX ギガビット イーサネット アップリンクの導入 スイッチングソリューション ワイヤリング クローゼットの過剰な使用をネットワーク設計のベスト プラクティスの要件に戻すのに役立ち、将来のニーズを満たすために帯域幅容量をさらに拡張します。

デスクトップアプリケーション

企業全体での10ギガビットイーサネットの展開では、ますます多くのデスクトップアプリケーションをサポートできます。 これらのアプリケーションにより、次のような帯域幅に対する企業のニーズが大幅に高まりました。

デスクトップデータの総負荷

デスクトップのワークロードが増大し続け（図3に示すように）、新しいアプリケーションがより高い帯域幅を要求するにつれて、各デスクトップの合計帯域幅要件は増大し続けます。 たとえば、ますます多くの従業員が最新のPCデータに依存するため、PCバックアップアプリケーションは特に重要です。 ユーザーではなく自動的にバックアップタスクを実行することで、データの損失を減らし、バックアップの頻度を増やすことができます。 企業内のすべてのデスクトップの頻繁なPCバックアップは、特にファイルサイズの増大（Microsoft OutlookデータファイルやPowerPointプレゼンテーションなど）の影響を考慮すると、ネットワークに大きな負担をかけます。 さらに、企業は、コスト削減の利点を活用するために、従来のクライアント/サーバーアプリケーション（つまり、すべてのデスクトップで肥大化した専用クライアントを使用する）からWebベースのアプリケーション（すべてのデスクトップでシンプルな標準ブラウザーを使用する）に移行しています。運用と開発におけるWebテクノロジーの役割。

•IPビデオアプリケーション

– 多くの企業が高帯域幅の IP ビデオ アプリケーションを導入して、生産性を高め、運用コストを削減しています。 たとえば、オンライン学習により、従業員は重要なトレーニング情報に 24 時間年中無休で低コストでアクセスしたり、タイムリーな販売トレーニングにアクセスしたり、サービス、コース、スキル、規制トレーニングを提供して従業員の生産性を向上させる方法に関する迅速なトレーニングを行ったりすることができます。 企業と管理者間の IP ビデオ通信は、ビジネス目標に関するビジネス従業員のコンセンサスを強化し、従業員の士気を高めるのに役立ちます。 これは、多国籍企業内のコミュニケーションを促進するための非常に効果的な方法でもあります。 IP ビデオ監視ソリューションは、セキュリティの可視性を高め、アーカイブ データの取得と分析を高速化するために使用されます。 対面でのコミュニケーションが必要だが、指定された場所に行く時間がない場合、IP ビデオ会議は効果的にコラボレーションできます。 これらの IP ビデオ アプリケーションはすべて、企業が達成したいビデオ品質の品質に応じて、最大数 Gbs の複数の IP ビデオ ストリームを生成できます。 これは間違いなく多くのネットワーク帯域幅を占有します。

•業界固有のアプリケーション

– 多くの業界には、かなりの帯域幅容量と高性能を必要とするカスタム アプリケーションがあります。 これらのアプリケーションがクラスタ化されているか、クライアント/サーバー モデルに基づいているかに関係なく、10 ギガビット イーサネットはネットワーク パフォーマンスを迅速に向上させることができます。 たとえば、医療業界では、コストを削減し、医療画像 (X 線、MRI、CAT スキャンなど) の取得と分析にかかる時間を短縮するために、デジタル イメージング アプリケーション (画像アーカイブ システム [PACS] など) がよく使用されます。医療従事者の生産性を向上させます。 メディアおよび広告業界では、デジタル ビデオ アプリケーションは、企業が効果的にビデオ クリップを作成し、分散したチーム内でビデオ クリップを編集およびレビューするのに役立ちます。 製造業では、ますます多くの大規模な CAD および CAM 設計ファイルを、さまざまな場所にいるチーム メンバー間で共有する必要があります。 金融業界では、より価値のあるリアルタイムの金融情報に対する継続的なニーズにより、ネットワーク パフォーマンスの必要性がさらに高まっています。

ストレージネットワーク

カスタマーサービス、メッセージング、eコマース、オンラインマルチメディア、ディレクトリコンテンツなどのアプリケーションに牽引されて、ストレージ容量に対する企業の需要は増え続けています。 このような「情報爆発」には、IT、管理者がデータに費用効果の高い方法でアクセス、管理、保護する方法を見つける必要があります。

サーバー中心の直接接続ストレージからネットワーク中心の共有ストレージへの移行は、これらの目標を達成するための重要な戦略です。 データセンター、メトロ ネットワーク、および企業でネットワーク ストレージを共有すると、次の利点が得られます。

•共有された方法でストレージと情報リソースを最大限に活用する

•ストレージ環境の管理を簡素化します

•ストレージの総所有コスト（TCO）を最小限に抑える

•データの可用性と整合性を向上させる

10 ギガビット イーサネットにより、IT 管理者はネットワーク ストレージ環境を次のレベルに引き上げ、イーサネット ベースのネットワーキングを活用して、次のような最も要求の厳しいストレージ ソリューションをサポートできるようになりました。

•データセンターのバックアップとディザスタリカバリを通じてビジネスの持続可能性を向上させる

–厳しいビジネス要件を満たすために、企業はコスト効率が高く、安全で、スケーラブルなビジネス継続性と災害復旧戦略を開発するという課題に直面しています。企業がメトロ ストレージ ネットワークを採用する重要な要素は、容量制限に達したデータ センターを拡張するため、または複数のキャンパスや場所にデータ センター リソースを集中化するために、リモート ロケーションでバックアップとリモート ミラーリングを確立する必要があることです。10 ギガビット イーサネットのリモート伝送機能により、企業は 80 キロメートル離れた 10 つの場所間で高速ネットワーク接続を提供できます。光増幅器と散乱補償器を使用することで、伝送距離をさらに延長できます。そのため、企業はこの範囲内で複数のキャンパスをサポートし、ストレージからサーバーへのデータ転送とストレージ間のデータ転送が可能になります。4 ギガビット イーサネットとインテリジェント スイッチングによって提供される高帯域幅、低レイテンシ、セキュリティにより、企業はエンタープライズ ストレージ システムのリモート コンポーネント間でより簡単かつシームレスにデータを転送できます。図 10 は、ネットワーク接続ストレージ (NAS)、インターネット スモール コンピュータ システム インターフェイス (iSCSI)、IP ベースのファイバ チャネル (FCIP) など、すべての IP ベースのメトロポリタン エリア ソリューションとテクノロジをサポートする XNUMX ギガビット イーサネット インフラストラクチャを示しています。) およびネットワーク データ管理プロトコル (NDMP)。

より高い帯域幅、より長い伝送距離、より低いレイテンシー、および非 IP テクノロジー (ファイバー チャネルや IBM のエンタープライズ システム コネクティビティ [ESCON] プロトコルなど) をサポートする展開を必要とするアグリゲーションの場合、高密度波長分割多重化 (DWDM) は、メトロポリタン エリア ネットワーク (MAN) で、大容量、プロトコルに依存しないストレージ アクセス、およびトランスポート機能を提供します。 このファイバーベースのメトロポリタン エリア ネットワークの主要なストレージ アプリケーションには、バックアップ、リモート ミラーリング、災害復旧、クラスタリング、およびストレージ アウトソーシングが含まれます。 同期ミラーリングには、非常に短い遅延と広い帯域幅が必要です。10 ギガビット イーサネットは、これらの要素を理想的に組み合わせて、このミッション クリティカルなビジネス ニーズを満たすことができます。

図5.NASデータの共有と統合のための10ギガビットイーサネット：

図6.ストレージ統合ファンアウト機能を強化するための10ギガビットイーサネット：

クラスターおよびグリッドコンピューティング

クラスタリングとグリッド コンピューティングは、CPU コンピューティング、タスク処理、および I/O 転送を大量に必要とするアプリケーションの要件を満たすように設計されています。これらのアプリケーションでは、ワークロードを効率的に完了するために複数のサーバーが必要です。クラスタリングは、コンピューティング要件を複数のサーバーに拡張するコスト効率の高い方法を提供し、複数のコンピューティング ノードが大規模な仮想コンピューティング ノードとして連携できるようにします。クラスタ化されたアプリケーションは、コンピューティング ノード間の相互接続パフォーマンスに非常に敏感であるため、これらのノードを接続するネットワーク インフラストラクチャに高い要求を課します。したがって、クラスタ化されたアプリケーションは、10 ギガビット イーサネットの低遅延でネットワーク パフォーマンスを最大化することでサポートできます。サーバー遅延と CPU 負荷を最小限に抑えるために、企業はシステム レベルの I/O アクセラレーション、TCP/IP オフロード エンジン (TOE)、リモート ダイレクト メモリ アクセス (RDMA) などの新しいサーバー側テクノロジを採用し始めています。ネットワークとサーバーのパフォーマンスにおけるこれらの大幅な進歩は、広く導入されているイーサネットと IP テクノロジの相互運用性、管理、および投資保護の利点からも恩恵を受けることができます。
クラスターコンピューティングの展開は主に研究機関によって使用されますが、ますます多くの商業組織がこのテクノロジーを採用しています。 データベースおよびアプリケーションサーバーのベンダーは、自社製品にクラスターコンピューティングのサポートを追加しました。 クラスターコンピューティングは、財務分析とモデリング、石油とガスの探査と分析、エンジニアリングモデリングなど、他のハイパフォーマンスコンピューティング（HPC）アプリケーションでも広く使用されています。

図7.クラスタリングおよびグリッドコンピューティング用の10ギガビットイーサネット：

まとめ

10 ギガビット イーサネットの展開は、価格、パフォーマンスの目標、より広範な展開のための新しい光ファイバー インターフェイスのサポート、および新しいアプリケーションの帯域幅要件の増加により、急速に拡大しています。 ただし、10 ギガビット イーサネットは、より広範なスイッチング ソリューション用のネットワーク インターフェイスにすぎません。 10 ギガビット イーサネットの導入を成功させると、統合セキュリティ、高可用性、配信の最適化、拡張された管理機能など​​、最先端のインテリジェント スイッチング サービスを組み合わせて、新しいアプリケーションに必要なサポートを提供できます。 さらに、コストを最小限に抑えるために、企業は 10 ギガビット イーサネットへの移行において、モジュール、シャーシ、およびその他のコンポーネントに対する既存の交換投資を最大限に活用する必要があります。