数据中心与万兆应用

文｜美国康普公司 吴 健

1 网络应用对带宽与时延提出更高的要求

在当今的高带宽计算环境下，在前台同时运行多项应用程序，如文字处理、电子邮件、图片、即时信息、媒体播放器、流媒体、视频会议及IP电话等，并不罕见。后台任务如病毒扫描、软件更新、系统监测、加密、压缩以及前瞻式信息组织等也需要占用额外的带宽，这点最终用户往往不易察觉。

起初，以太网是信息共享的一种网络技术，经过多年的发展，以太网已成为企业和服务供应商网络通信和数据交流的可扩展性平台。今天的10G以太网能为不同用户提供不同的服务，其服务的可靠性与传统的电话通信技术已经不能等量齐观。

同时，以太网已成为通信领域的核心技术之一，即便在新的无线移动应用中也备受重视。新兴的应用，包括VoIP、视频和无线局域网接入等，逐步丰富了以太网的功能和用途，而未来的网络功能将更加多样化。

在LAN区域内已经要求采用高速技术如10G以太网。而在近期，这种需求将仅限于对高性能服务器、交换机和CAD工作站进行相互连接，并且局限于支持千兆位以太网增强使用到桌面的骨干网应用程序。然而，由于带宽需求的稳步提高，而且界面电子装置的成本下降和立体网格计算等技术可能的应用，10G速率到桌面将会成为现实。从布线基础设施的角度来看，10G布线解决方案可以减少在不可预知的未来网络需求中的投资。

从网络应用的发展来看，有下列应用需要更高的带宽。

（1）高性能计算：许多行业部门采用高性能的计算平台来支持高带宽密集型应用产品，例如流媒体视频、医学影像、集中式应用程序、高端图形、可视化技术及数据群聚，又如气象信息处理、国防测试、仿真及加密措施、生物科学及药物技术、金融公司的量化分析、统计及计量经济建模、建筑与工程公司所使用的计算机辅助CAD/CAM应用软件和共享CAD文件，地质和物理科学勘探公司等。

（2）多点合作：现有的协作工具使与会者可以在一张空白的幻灯片上写画，如果登陆网址还可以同会议主持人或任何其他的与会者私下沟通。要确保这种方式的有效性，这些协作工具就会不断要求更高的带宽，而10G以太网将会成为公司内部多点协作的主要连接方式。

（3）流式媒体：流式媒体可以加强公司内部及外部的信息通信。它可以在召开会议、举办新闻发布会、展示新产品、支持营销及广告活动、培训员工、提供用户支持以及娱乐活动，例如HDTV、视频点播或极限互联网游戏的过程中发挥作用。由于向流式媒体传输数据要求在数据源和用户之间建立一个连续通道，因此带宽就会成为流式媒体使用的加速器。

（4）网格计算：网格计算可以在网络中腾出“空闲”的桌面CPU功率，以供需要它的大型任务使用。网格计算这项技术可以有效地汇集“横跨网络”的功率以供各种应用程序使用。网格计算对所有共享计算平台之间的快速互连依赖性极强。现在这项技术已得到实现，采取的形式是通过快速光纤通道或其他类型的光学界面，将数据中心内保留的服务器连接起来形成服务器群。现在，网格计算被用来积聚空余的计算周期，从而为复杂的应用程序和仿真提供功率，这些应用程序包括药物研究、金融投资风险分析、电子设计自动化及其他的计算机密集型应用程序。网格也允许进行协作和共享，对于将成为公司基础设施根基的网格而言，将会开发更多利用网格的应用程序，同时，网格技术可以用于推动数量不断增加的应用程序和行业的资源共享、利用及协作。

2 数据中心是10G应用的土壤和驱动要素

以太网不仅要实现高速，也要实现智能化。数据中心的关键技术驱动因素就是通过虚拟化，实现服务器和存储设施的高效运行。当虚拟资源被放到单一物理网络资源之中，而这个网络的用户量超出其极限时，虚拟化便会出现问题。解决这个问题的唯一途径就是在网络边缘提供充足的带宽，以全面支持虚拟环境。

虚拟化、多核服务器，诸如此类的技术进步开启了通向新一代效率更高、性能更优的数据中心之门。诚然，新的发展可能带来重要优势，但同时也给企业、组织机构带来了挑战，他们需要就基础设施做出重大决策，而这些决策又会影响到其IT系统的未来及其保持竞争优势的能力。最重要的决策之一是如何在数据中心中部署10G网络，虚拟化已成为数据中心部署10G以太网最强大的动力。与此同时，数据中心专用的传输协议则为将此前相互分离的网络聚合成单一的10G连接创造了条件。

与当今利用分离式网络的部署方式相比，在数据中心中利用新的网络技术来聚合LAN和SAN连接具有明显的优势。要决定诸如思科统一交换架构的聚合网络是否值得投资，必须对总体拥有成本进行评估，并衡量其优势与劣势。

另一方面，在以太网基础架构上运行存储能够实现经济效益，基于以太网的存储方案以极具诱惑力的低成本提供大量的关联数据。随着此类存储方案不断改进，各个企业还能够在单一的以太网上整合存储设施。通过将存储传输速度扩展至每秒10G，能支持不同大小企业的网络接入存储（NAS）和存储区域网络（SAN），提供紧密的迁移路径。由于具备速度快且成本低的优点，存储将是以太网发展的下一个里程碑。现今驱动数据中心采用10G以太网技术的主要是两个因素：一是10G端口的价格变得便宜，二是融合各种互补技术需要更高的带宽。具体来说，这些互补技术包括多核心、基础设施虚拟化、存储优化和集群解决方案等。

数据中心（使用存储区域网络）是高速数据传输的驱动因素，作为互联网繁荣及网络主机需求增长的产物而首次出现。随着对潜在的内外部威胁的意识增强，由此产生的安全性及业务连续性方面的考虑，促进了数据中心进一步的发展。今天，越来越多的企业认识到安全便捷的数据存储设施对保护业务发展的必要性，采取的对策包括内部基础设施冗余备份，以及远程数据存储。

当今的服务器都含有多个处理器核心，一片集成电路板便拥有高性能内存及I/O总线，以千兆赫兹时钟频率支持多个执行线程。这些多核的中央处理器需要更高的网络带宽来提高内部效率。而通过刀片服务器和机架式服务器增加服务器密度，令使用下一代10G以太网服务器有了适宜的土壤。未来具备高性能、高可用性特点的网络将大行其道。

数据中心的另外一个发展趋势是把服务器集群在一起，构成整体解决方案来驱动应用。今天一些大型的互联网公司部署多达上万个服务器，很多公司是把多个服务器集群在一起，构成一个服务器负载平衡的配置，以支持他们基于Web的应用程序。以太网是一种广受认可的互连解决方案，升级至10G以太网群集互连方案，使得客户不会有改用其他网络技术的麻烦，便能扩展他们的集群方案，以实现带宽的增长和性能的提升。

总之，采用多核处理器的服务器的加速部署、服务器虚拟化技术的应用以及高性能计算、数据库集群、以太网存储和视频点播等高要求应用都在推动着从数据中心网络架构核心到服务器网卡对10Gbps 以太网的需求。

3 网络基础构架需要前瞻性决定了10G的部署

今天的服务器会成为明天的桌面电脑，以太网数据量每5年提高10倍，带宽成本下降速度远高于落后网络上信息包的传输速度，系统处理能力每18～24个月翻一倍，同时成本也在下降。未来5年，网络上数据存储与传输量将提高3倍，高性能计算、多站点合作、实时流媒体将在5年后令今天的网络拥塞。

改进网络性能，简单地说，就是要消除瓶颈问题。目前，网络瓶颈可能在于缺少足够的带宽，这可能是由于服务器驱动不足或是工作站技术过时。然而，众所周知，在处理新应用、新技术的同时，还得继续向更多的用户提供更多的服务。

此外，在降低成本的同时，将网络中断及故障的风险降至最低，或说使正常的运行时间最大化。应当安装有余量的、高性能、高品质的系统以应对未来技术、产品及应用发展可能要求的重大（且昂贵）升级。用户只能综合考虑可靠性、可扩展性、前瞻性，精心选择系统，从而实现对风险的管理。对于网络基础设施而言，这种做法尤为正确。

处理能力的提高促使软件开发者致力于开发功能强大的新软件产品，对带宽的要求越来越高。开发者不但利用日益提高的计算机CPU性能，同时也充分发挥速度更快的新兴网络技术优势，再加上千兆接口成本不断下降而日益成为多数新型计算机的标准配置。在桌面应用中，千兆网络已成为现实，目光长远的企业管理者必须为将来作打算。

同样，大型企业对水平和主干网络的带宽需求也越来越高，以便为存储区域网络（SAN）、网络附加存储（NAS）、高性能计算和网格计算等应用提供支持。尽管这些应用程序只使用PC网络流通量潜能的10%，但是随着现在的处理器速率不断提升，10Gbps的通信在未来五到十年内将成为现实（如图1所示）。

图1

4 10G应用已经成熟

在数据中心中已经越来越多地出现10G应用，这种应用以光纤接口和铜缆接口两种形式出现。

光纤接口应用已经很成熟，并有大量的应用。在支持万兆应用方面，OM3和OM4已经成为标准，这两种光纤支持10G分别可以达到300m和550m，支持40/100G分别可以达到100m和125m。

现在，10G铜缆已经提到日程中，万兆铜缆解决方案保证可以在UTP电缆上达到10Gbps的传输速率，其电气性能达到或超过ANSI/TIA 568B.2-10的6A类标准和ISO/IEC 11801:2002 EA级布线标准，以及IEEE 802.3an 10GBase-T标准的要求。

10G以太网已走过了早期使用阶段，正快速成为校园网、数据中心和运营商网络中的主流联网速度标准。截至2007年第2季度，全球共部署了750000多个10Gbps以太网交换机端口，在过去三年年均复合增长率超过100%。目前应用较多的是Intel®10GbE服务器网卡、Cisco®10GbE Catalyst交换机和SYSTIMAX®10GbE布线解决方案。

10Gbps局域网传输能力是综合信道性能、编码方案频段、发射器信号等级、数字信号处理技术和所需比特误差率等因素综合实现的。一个或多个方面的改进影响或依赖于其他方面的改进。其中万兆铜缆解决方案具有如下特点：保证信道性能达到或超过布线标准，最高支持500MHz；信道长度最长可达100m，最多支持4条连接，所有支持的距离和等级，均有优异的外部串扰干扰抑制性能。

万兆铜缆解决方案在邻近信道串扰的抑制上取得了革命性突破，超过了关于非屏蔽铜缆（UTP）的IEEE标准的要求。万兆铜缆解决方案拥有最高达500MHz的优异的信道性能，所有这些都已通过最恶劣情况下真实安装信道配置（也称为“6包1”电缆配置）的测试和验证。

从布线基础设施的角度来看，安装万兆铜缆解决方案能够以较低成本为不可预见的将来提供保障。综合布线系统的数据传输能力受多种潜在衰减因素的影响。万兆铜缆解决方案在插入损耗和各种形式的信道内及信道间串扰等关键参数方面具有无与伦比的性能表现，可以大幅提高带宽、数据吞吐量和网络效率。