Tecnologia de Switching Ethernet 10 Gigabit para Empresas

Visão Geral da Tecnologia

Propriedade da camada MAC

Como a Ethernet 10 Gigabit ainda faz parte da Ethernet, ela pode aproveitar as vantagens da tecnologia Ethernet que evoluiu ao longo dos anos para simplificar o processo de migração para essa tecnologia de alta velocidade. Como Fast Ethernet e Gigabit Ethernet anteriores, 10 Gigabit Ethernet usa o protocolo IEEE 802.3 Ethernet MAC, formato de quadro Ethernet e tamanho de quadro. Ele oferece suporte a serviços Ethernet padrão, como agregação de link 802.3ad, que pode agregar até oito links Ethernet 10 Gigabit em uma única conexão virtual de 80 Gbps. Como a Ethernet 10 Gigabit também é uma tecnologia ponto a ponto full-duplex, ela pode suportar o tráfego de ambas as extremidades do link sem causar colisões de pacotes. Portanto, ele não tem um limite de distância inerente. A distância máxima do link depende do mecanismo de transporte e da fibra do meio de transmissão e não depende do alcance do domínio de colisão Ethernet.

Atributo da camada física

Convenções de nomenclatura e escopo de trabalho para interfaces genéricas

Quando um novo tipo de tecnologia Ethernet foi lançado, uma das primeiras perguntas que as pessoas fizeram foi: “Quão longe ela pode viajar?” Da mesma forma que as tecnologias Ethernet anteriores, a distância de transmissão do Gigabit Ethernet depende do tipo de interface física usada pelo usuário. Existem muitas interfaces Gigabit Ethernet disponíveis, portanto, as pessoas precisam de uma convenção de nomenclatura uniforme para distinguir entre diferentes interfaces de fibra, tipos de fibra e distâncias de transmissão.

Aparência

A interface conectável de 10 Gigabit Ethernet tem uma variedade de formas, como XENPAK, X2 e XFP. Do ponto de vista da implantação, as principais diferenças entre essas aparências são: 1) a largura da interface física 10 Gigabit Ethernet suportada por uma determinada aparência; 2) o tamanho físico. Por exemplo, o formato XFP atualmente não suporta módulos de transmissão óptica 10GBASE-LX4 e 10BASE-CX4 devido a restrições de espaço. Contanto que o 10 Gigabit Tipos de interface física Ethernet (como 10GBASE-LX4 ou 10GBASE-SR) nas duas extremidades do link são iguais, diferentes tipos de interfaces podem interoperar na transmissão óptica.

As vantagens de 10 Gigabit Ethernet sobre a agregação de vários links Gigabit Ethernet:

• Reduza o uso de fibra - um pacote de links 10 Gigabit Ethernet usa menos do que a agregação Gigabit Ethernet. O último requer um pacote de fibra para cada link Gigabit Ethernet. Esta vantagem de 10 Gigabit Ethernet pode reduzir a complexidade da fiação do data center. Para ambientes de campus que podem não ser capazes de colocar mais fibra por um custo, a Ethernet 10 Gigabit pode usar o cabeamento de fibra existente com mais eficiência.

• Suporte mais poderoso para grandes fluxos de dados - Devido aos requisitos de sequenciamento de pacotes dos dispositivos finais, os links que agregavam links Gigabit Ethernet suportam apenas fluxos de dados de 1 Gbps. Em contraste, devido à maior capacidade de um único link 10 Gigabit Ethernet, a 10 Gigabit Ethernet pode oferecer suporte mais eficiente a aplicativos que geram vários fluxos de Gb.

• Maior vida útil de implantação - 10 Gigabit Ethernet pode fornecer maior escalabilidade do que vários links Gigabit Ethernet para maior vida útil de implantação. Até oito links 10 Gigabit Ethernet podem ser agregados em uma conexão virtual de 80 Gbps.

Cenário de aplicação empresarial de 10 Gigabit Ethernet

10 Gigabit Ethernet agora pode ser implantado no cabeamento de fibra existente do data center para o uplink do cabeamento. À medida que a largura de banda de conexão do dispositivo terminal aumenta, a implantação de 10 Gigabit Ethernet pode continuar a se expandir além do núcleo da rede, melhorando assim a escalabilidade da rede. Essas implantações extensas aumentaram muito a utilização excessiva dos uplinks no armário de fiação, especialmente considerando que mais de 90% do tráfego entre as fiações fluirá pelo uplink de norte a sul.

No final da década de 1990, era prática comum implantar Ethernet 10/100 para desktops com uplinks Gigabit Ethernet redundantes. Suponha que 192 usuários estejam conectados a cada switch. Nesse caso, a taxa de uso em excesso é de aproximadamente 19:1. De acordo com os requisitos das práticas recomendadas de design de rede padrão, o uso de largura de banda em excesso no armário de fiação deve estar entre 15:1 e 20:1, portanto, essa prática não está além do escopo dos regulamentos. No entanto, com a crescente popularidade do Gigabit Ethernet para o desktop nos últimos anos, essas taxas de uso em excesso subiram rapidamente para 48:1, ou mesmo 96:1. Mesmo que o uplink do cabeamento tenha aumentado para dois ou quatro canais Gigabit Ethernet, a situação não mudou. Implantação de uplinks de 10 Gigabit Ethernet para soluções de comutação ajuda a restaurar o uso excessivo do armário de fiação de acordo com os requisitos das práticas recomendadas de projeto de rede e expande ainda mais a capacidade de largura de banda para atender às necessidades futuras.

Aplicativo de desktop

As implantações de 10 Gigabit Ethernet em toda a empresa podem suportar um número crescente de aplicativos de desktop. Esses aplicativos aumentaram muito a necessidade de largura de banda da empresa, incluindo:

Carga total de dados de desktop

Conforme as cargas de trabalho de desktop continuam a crescer (conforme mostrado na Figura 3) e novos aplicativos exigem larguras de banda maiores, os requisitos de largura de banda total de cada desktop continuam a aumentar. Por exemplo, os aplicativos de backup do PC são especialmente importantes, pois cada vez mais funcionários confiam nos dados mais recentes do PC. Ao executar tarefas de backup automaticamente, em vez de pelos usuários, pode reduzir a perda de dados e aumentar a frequência de backup. Backups frequentes de PC de todos os desktops em uma empresa sobrecarregam a rede, especialmente considerando o impacto do aumento do tamanho dos arquivos (como arquivos de dados do Microsoft Outlook e apresentações do PowerPoint). Além disso, as empresas estão mudando de aplicativos cliente / servidor tradicionais (ou seja, usando clientes dedicados inchados em todos os desktops) para aplicativos baseados na Web (que usam um navegador padrão simples em todos os desktops) para aproveitar as vantagens de economia de custos de tecnologia Web em operações e desenvolvimento.

• Aplicativos de vídeo IP

– Muitas empresas estão implantando aplicativos de vídeo IP de alta largura de banda para aumentar a produtividade e reduzir os custos operacionais. Por exemplo, o aprendizado on-line permite que os funcionários acessem informações importantes de treinamento 24 horas por dia, 7 dias por semana a baixo custo, acesso a treinamento de vendas oportuno e treinamento rápido sobre como fornecer serviços, cursos, habilidades e treinamento regulatório para melhorar a produtividade dos funcionários. A comunicação de vídeo IP entre a empresa e a administração ajuda a fortalecer o consenso dos funcionários de negócios sobre os objetivos de negócios e aumenta o moral dos funcionários. Esta é também uma forma extremamente eficaz de promover a comunicação dentro das empresas multinacionais. As soluções de vigilância por vídeo IP são usadas para aumentar a visibilidade da segurança e acelerar a recuperação e análise de dados arquivados. Para aqueles que precisam de comunicação face a face, mas não têm tempo para chegar ao local designado, a videoconferência IP pode colaborar efetivamente. Todos esses aplicativos de vídeo IP são capazes de gerar vários fluxos de vídeo IP de até vários Gbs, dependendo da qualidade de vídeo que a empresa deseja alcançar. Isso, sem dúvida, ocupará muita largura de banda da rede.

• Aplicações específicas da indústria

– Muitos setores têm aplicativos personalizados que exigem capacidade de largura de banda significativa e alto desempenho. Independentemente de esses aplicativos serem agrupados ou baseados no modelo cliente-servidor, o 10 Gigabit Ethernet pode melhorar rapidamente o desempenho da rede. Por exemplo, na indústria médica, aplicativos de imagem digital (como Sistemas de arquivamento de imagens [PACS]) são frequentemente usados ​​para reduzir custos, reduzir o tempo para adquirir e analisar imagens médicas (como raios-X, ressonância magnética e tomografia computadorizada) e melhorar a produtividade dos profissionais de saúde. Nos setores de mídia e publicidade, os aplicativos de vídeo digital podem ajudar as empresas a produzir clipes de vídeo com eficiência e editá-los e revisá-los em equipes dispersas. Na indústria de manufatura, cada vez mais arquivos grandes de projeto CAD e CAM precisam ser compartilhados entre os membros da equipe em diferentes locais. No setor financeiro, a necessidade contínua de informações financeiras mais valiosas e em tempo real aumentou ainda mais a necessidade de desempenho da rede.

Rede de armazenamento

Impulsionada por aplicativos como atendimento ao cliente, mensagens, e-commerce, multimídia online e conteúdo de diretório, a demanda corporativa por capacidade de armazenamento continuou a crescer. Essa “explosão de informações” exige que os gerentes de TI encontrem maneiras de acessar, gerenciar e proteger os dados de maneira econômica.

Mudar do armazenamento conectado direto centrado no servidor para o armazenamento compartilhado centrado na rede é uma estratégia importante para atingir esses objetivos. O compartilhamento de armazenamento em rede em data centers, redes metropolitanas e empresas pode trazer os seguintes benefícios:

• Maximize o uso de recursos de armazenamento e informação de forma compartilhada

• Simplifique o gerenciamento do ambiente de armazenamento

• Minimize o custo total de propriedade (TCO) do seu armazenamento

• Melhorar a disponibilidade e integridade dos dados

Com 10 Gigabit Ethernet, os gerentes de TI agora podem levar seus ambientes de armazenamento de rede para o próximo nível e aproveitar a rede baseada em Ethernet para oferecer suporte às soluções de armazenamento mais exigentes, como:

• Melhore a sustentabilidade dos negócios por meio de backup de data center e recuperação de desastres

–Para atender aos rigorosos requisitos comerciais, as empresas foram desafiadas a desenvolver estratégias de continuidade de negócios e recuperação de desastres seguras, escaláveis ​​e econômicas. Um fator importante para as empresas adotarem redes de armazenamento metropolitanas é que elas precisam estabelecer backup e espelhamento remoto em locais remotos para expandir data centers que atingiram limites de capacidade ou para centralizar recursos de data center em vários campi ou locais. A capacidade de transmissão remota de 10 Gigabit Ethernet permite que as empresas forneçam conectividade de rede de alta velocidade entre dois locais a 80 quilômetros de distância. A distância de transmissão pode ser estendida ainda mais usando um amplificador óptico e compensador de dispersão. Assim, as empresas podem dar suporte a vários campi dentro desse intervalo, permitindo o armazenamento para o servidor e transferências de dados de armazenamento para armazenamento. Com a alta largura de banda, baixa latência e segurança oferecidas por 10 Gigabit Ethernet e comutação inteligente, as empresas podem transferir dados de forma mais fácil e contínua entre componentes remotos de sistemas de armazenamento corporativo. A Figura 4 mostra uma infraestrutura Ethernet de 10 Gigabits que suporta todas as soluções e tecnologias de áreas metropolitanas baseadas em IP, incluindo Network Attached Storage (NAS), Internet Small Computer System Interface (iSCSI) e Fibre Channel baseado em IP (FCIP). ) e Network Data Management Protocol (NDMP).

Para agregações que exigem maior largura de banda, distâncias de transmissão mais longas, menor latência e implementações que suportam tecnologias não-IP (como Fibre Channel ou protocolo Enterprise System Connectivity [ESCON] da IBM), multiplexação por divisão de comprimento de onda densa (DWDM) na rede de área metropolitana (MAN) fornece acesso de armazenamento independente de protocolo e recursos de transporte de alta capacidade. Os principais aplicativos de armazenamento para essa rede metropolitana baseada em fibra incluem backup, espelhamento remoto, recuperação de desastres, clustering e terceirização de armazenamento. O espelhamento síncrono requer latência extremamente baixa e alta largura de banda, e 10 Gigabit Ethernet fornece uma combinação ideal desses elementos para atender a essa necessidade de negócios de missão crítica.

Figura 5. Ethernet 10 Gigabit para compartilhamento e consolidação de dados NAS:

Figura 6. 10 Gigabit Ethernet para maior capacidade de fan-out de consolidação de armazenamento:

Cluster e computação em grade

Clustering e computação em grade são projetados para atender aos requisitos de aplicativos que exigem computação extensiva de CPU, processamento de tarefas e transferências de E/S. Esses aplicativos exigem vários servidores para concluir a carga de trabalho de forma eficiente. O clustering fornece uma maneira econômica de estender os requisitos de computação para vários servidores, permitindo que vários nós de computação trabalhem juntos como um nó de computação grande e virtual. Os aplicativos em cluster podem ser extremamente sensíveis ao desempenho de interconexão entre nós de computação e, portanto, colocam altas demandas na infraestrutura de rede que conecta esses nós. Portanto, os aplicativos em cluster podem ser suportados maximizando o desempenho da rede com a baixa latência de 10 Gigabit Ethernet. Para minimizar a latência do servidor e a carga da CPU, as empresas estão começando a adotar algumas novas tecnologias do lado do servidor, como aceleração de E/S em nível de sistema, mecanismo de descarregamento TCP/IP (TOE) e acesso remoto direto à memória (RDMA). Esses avanços significativos no desempenho da rede e do servidor também podem se beneficiar dos benefícios de interoperabilidade, gerenciamento e proteção de investimento de tecnologias Ethernet e IP amplamente implantadas.
Embora as implantações de computação em cluster sejam usadas principalmente por instituições de pesquisa, cada vez mais organizações comerciais estão adotando essa tecnologia. Os fornecedores de bancos de dados e servidores de aplicativos adicionaram suporte para computação em cluster a seus produtos. A computação em cluster também é amplamente usada em outros aplicativos de computação de alto desempenho (HPC), como análise e modelagem financeira, exploração e análise de petróleo e gás e modelagem de engenharia.

Figura 7. Ethernet de 10 Gigabit para clustering e computação em grade:

Resumo

A implantação de 10 Gigabit Ethernet está crescendo rapidamente devido ao preço, metas de desempenho, suporte a novas interfaces de fibra óptica para implantações mais amplas e requisitos crescentes de largura de banda para aplicativos mais novos. No entanto, 10 Gigabit Ethernet é apenas uma interface de rede para uma gama mais ampla de soluções de comutação. Uma implantação 10 Gigabit Ethernet bem-sucedida combina alguns serviços de comutação inteligentes líderes, como segurança integrada, alta disponibilidade, otimização de entrega e capacidade de gerenciamento aprimorada para fornecer o suporte necessário para novos aplicativos. Além disso, para minimizar os custos, as empresas devem fazer pleno uso dos investimentos de troca existentes em módulos, chassis e outros componentes na transição para 10 Gigabit Ethernet.