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10G / 25G / 100G Netzwerk-Upgrade: Die unumgängliche Roadmap für zukünftige Rechenzentren

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Sheldon

Übersetzer*in Felix
Veröffentlicht 23. November 2019
2020-09-21 10:11:46
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10G / 25G / 100G Netzwerk-Upgrade: Die unumgängliche Roadmap für zukünftige Rechenzentren

Angetrieben von den Bandbreitenanforderungen privater und öffentlicher Cloud-Rechenzentren und Kommunikationsdienstleister erlebt 100G eine enorme Akzeptanz, die ein Netzwerk-Upgrade zu einem notwendigen und unvermeidlichen Trend macht. Bislang hat die Mehrheit der Serverhersteller bereits 25 Gigabit-Ethernet-Netzwerke als Standard-E/A-Option in ihren Servern angeboten, die die neuesten Ethernet-Geschwindigkeitsübergänge von 10G auf 25G, 100G und mehr ermöglichen. Obwohl 1G, 10G und 40G immer noch einen erheblichen Anteil an den Ethernet-Ports des Enterprise-Marktes ausmachen, ist ein Wechsel zu 25G und 100G schneller als je zuvor erfolgt. Dieser Beitrag wird den evolutionären Pfad von 25G hervorheben und dann einen Vergleich der Migrationspfade 10G-40G-100G und 10G-25G-100G geben.

10G-40G-100G Upgrade-Pfad

Während 100G und darüber hinaus die nächste wichtige Etappe bei den Geschwindigkeiten von hyperskaligen Rechenzentren darstellt, kann 40G noch immer eine lange Lebensdauer in der Branche aufweisen. Traditionelle Unternehmen mit Tier-2- und Tier-3-Rechenzentren, die geringere Dichteanforderungen und kleinere Budgets haben, können die 40G-Architektur mit 10G-Servicegeschwindigkeiten als aktuellen Baustein zuverlässig nutzen.

Übersicht zu 40G-Netzwerken

Die offizielle Entwicklung von 40G Gigabit Ethernet begann 2008 und wurde 2010 genehmigt. Es ermöglicht die Übertragung von Ethernet-Frames mit 40 Gigabit pro Sekunde. 40GbE läuft auf Quad Small Form Factor Pluggable (QSFP+) Verkabelung, die Anwendungen mit hoher Bandbreite wie Video on Demand und Hochleistungs-Computing unterstützen kann. Das 40G-Netzwerk verwendet vier Übertragungskanäle mit einer Datenrate von jeweils 10Gbps, was die Effizienz und die Verwaltungskosten erhöht. In Rechenzentren werden 40G-Switches als Aggregations-/Leaf-Switches verwendet, während sie für kleine und mittlere Unternehmen als Core-/Spin-Switches eingesetzt werden können.

40G entwickelt sich derzeit rasant und ist allmählich zu einer geeigneten Lösung für viele kleine und mittlere Unternehmen geworden, aber die Entwicklung steht vor Schwierigkeiten. Aufgrund hoher Produktpreise zögern die Betreiber immer noch, das 40G-System einzusetzen. Nun können sie 40G überspringen und 100G-Systeme direkt einsetzen. Die 100G-Technologie entwickelt sich derzeit sehr schnell. Im Gegensatz zu 40G hat 100G in den Bereichen Standard-Follow-up, Vereinheitlichung technischer Lösungen und industrielle Kettenentwicklung bessere Arbeit geleistet. Daher wird erwartet, dass der Preis für 100G-Produkte bald auf das gleiche Niveau wie 40G gesenkt wird. Derzeit hat 100G den größten Teil des Marktes für Hochgeschwindigkeitsnetze eingenommen und das Wachstum des 40G-Marktes deutlich gebremst.

10G-40G-100G Migrationspfad

Auf diesem Pfad werden die in der Vergangenheit investierten 10G-Geräte und Verkabelungssysteme eingesetzt. Das 40G QSFP+ Modul besteht aus 4 parallelen 10G Kanälen und die 100G QSFP+ Module unterstützen eine parallele Kanalrate von 10×10G. Daher basiert bei dieser Art der 100G-Migration die Einkanalrate auf 10G, während der Migrationspfad von 10G auf 40G auf 100G mehr Fasern erfordert, was zu komplizierterer Verkabelung und höheren Kosten führt. Andererseits, wenn QSFP-Module in größerer Entfernung verwendet – wie z.B. das optische Modul QSFP+ LR4, integrieren sie 4 Kanäle von 10G in eine Glasfaserverbindung durch Wellenlängenmultiplexing (WDM). Und das ist auch ein Grund, warum die Kosten für optische QSFP-Module nach wie vor hoch bleiben, insbesondere für 40G-Module mit einer größeren Übertragungsdistanz, wie z.B. QSFP+ ER4, was auch die Kosten für den Ausbau des 100G-Netzes erhöht. Aus diesen beiden Gründen kann der 40G-100G Migrationspfad hohe kosten verursachen.

10G-25G-100G Upgrade-Pfad

Rechenzentren expandieren in einem beispiellosen Tempo und erfordern eine höhere Bandbreite zwischen Server und Switch. Um diesem Trend gerecht zu werden, bewegen sich die Netzwerk- und Ethernet-Industrie von 10G auf 25G, was erhebliche Dichte-, Kosten- und Leistungsvorteile für Server- zu Top-of-Rack-Verbindungen bietet.

Entwicklungspfad von 25G

ESeitdem im Jahr 2014 erstmals 25GbE vorgeschlagen wurde, treiben Unternehmen wie Google, Microsoft, Arista und Mellanox usw. die Entwicklung des 25GbE-Standards für die Top-of-Rack-Serververnetzung voran. Bislang haben 25G-Produkte wie 25G-Switch oder SFP28-, 25G-DAC- und AOC-Kabel immer mehr Anerkennung erhalten, und auch 25G-Server werden immer beliebter und bereiten sich auf das 100G-Upgrade vor. Diese 25G-Netzwerkswitches werden häufig als ToR- oder Leaf-Switches verwendet, um die Server und Endgeräte miteinander zu verbinden. 25G Ethernet ist ein inkrementelles Update von 10G Ethernet. So bieten 25G-Switches und Optiken für 25G- und 10G-Ethernet-Switches mit gleicher Portdichte eine 2,5-fach höhere Leistung und Bandbreite als 10G-Ethernet-Lösungen. Und der leistungsstarke 25G SFP28 verwendet die einspurige 25G SerDes-Technologie, die im Betrieb mit 10G SFP+ vergleichbar ist. Diese Vorteile ermöglichen es bestehenden 25G-Switch-Architekturen, Verbindungsgeschwindigkeiten von mehr als 10G ohne Erhöhung der Kabel-/Spurverbindung zu unterstützen, während sie gleichzeitig mit der schnelleren und reichhaltigeren Wachstumskurve der Netzwerkbandbreite Schritt halten, was zur Senkung des Stromverbrauchs und der Kosten beiträgt. Da Unternehmen ständig aufrüsten müssen, wird das 25G-Netz in Zukunft immer beliebter werden. Abbildung 1 zeigt einige der wichtigsten Meilensteine des 25G-Netzes vom Jahr 2014 bis 2018.

Evolutionary Path of 25G EthernetAbbildung 1: Evolutionärer Pfad von 25G Ethernet

Evolutionärer Pfad von 25G Ethernet

Die einkanalige 25G-Geschwindigkeit beträgt das 2,5-fache der Übertragungseffizienz von 10G, während in einem 100G-Netzwerk 4 Kanäle 25G-Module benötigt werden, um den 4×25Gb/s-Modus zu erreichen. Dies spart erheblich Glasfaserverbindungen, aber dieser Migrationspfad eliminiert die ursprüngliche 10G-Ausrüstung im System. Dennoch sind 25G-Server und 100G-Switches in hyperskaligen Rechenzentren allgegenwärtig geworden und haben nach und nach die bisherigen 10G-Server und 40G-Switches ersetzt. Diese Geschwindigkeitsmigration hat den Gesamtsystemdurchsatz um das 2,5-fache gesteigert, bei geringen zusätzlichen Kosten. Während die Ethernet-Industrie weiterhin innovativ ist und den Weg zu höheren Netzwerkgeschwindigkeiten wie 200G und 400G ebnet, wurde das Upgrade 25G-100G als unvermeidliche Roadmap für zukünftige Rechenzentren entwickelt. Im Allgemeinen ist dieser Migrationspfad wirtschaftlicher. Seine Vorteile sind wie folgt:

1. Vier Single-Channel 25G Module sind günstiger als zehn 10G Module. Mit der Popularität der 25G-Technologie sinkt der Preis für QSFP28-Module weiter.

2. Die Leistungsaufnahme von 4x25G SFP28 ist viel geringer als die von typischen 10x10G SFP+, was auch 25G einen Vorteil bei den Betriebskosten bringt.

3. Für Glasfaserverbindungen erfordert die Migration von 10G auf 100G die Verwendung von 10x10G-Kanälen, aber nur 4 Kanäle sind für 25G- bis 100G-Verbindungen erforderlich, was die Link-Ressourcen erheblich reduzieren kann.

Vergleich der Migrationspfade: 10G-40G-100G vs 10G-25G-100G

Bevor die 25GbE-Spezifikation veröffentlicht wurde, wurde der Upgrade-Pfad 10G-40G überwiegend als Option für Unternehmen, Service Provider und Rechenzentren übernommen, um eine Skalierung über 10GbE hinaus zu ermöglichen. Mit dem Aufkommen von 25GbE hat der 25G-100G Upgrade-Pfad jedoch an Dynamik gewonnen, indem er die Vorteile der Kosten pro Bit, des Stromverbrauchs und der Server-Rack-Dichte bietet, die für einen weit verbreiteten Geschwindigkeitsübergang notwendig sind.

10G - 40G vs 25G - 100GAbbildung 2: 10G - 40G vs 25G - 100G Vergleich der Upgrade-Pfade

Es lässt sich leicht feststellen, dass es einige offensichtliche Vorteile im Prozess der 10G-25G-100G Migration im Vergleich zum 10G-40G-100G Pfad gibt:

1. Der Migrationspfad 25G-100G kann sowohl CapEx- (Investitionsausgaben) als auch OpEx- (Betriebsausgaben) Einsparungen durch Abwärtskompatibilität bieten, für Investitionsschutz und nahtlose Migrationen mit konsistentem Rack-Design und Wiederverwendung der bestehenden Verkabelungsinfrastruktur, um kostspielige und komplexe Änderungen zu vermeiden.

2. Die Single-Lane 25G SerDes-Technologie, die in 100G bis 25G Konnektivität verwendet wird, ist ähnlich wie in 40G bis 10G Konnektivität, aber die Leistung wird um das 2,5-fache erhöht, wodurch die Leistung und die Kosten pro Gigabit deutlich reduziert werden. Diese Energieeinsparungen führen wiederum zu einem geringeren Kühlbedarf und Betriebsaufwand für die Betreiber von Rechenzentren. Durch die Wiederverwendung der vorhandenen Verkabelungsinfrastruktur ermöglicht das 25G Ethernet eine nahtlose Netzwerkmigration, um kostspielige und komplexe Änderungen zu vermeiden.

3. 25G Ethernet bietet eine höhere Port- und Systemdichte als eine vergleichbare 40G-Lösung. Der 25G-100G (4x25G Lanes) Netzwerk-Migrationspfad bietet niedrigere Kosten pro Bandbreiteneinheit durch die volle Nutzung der Switch-Port-Fähigkeiten im Vergleich zum 40G-100G Upgrade-Pfad, so dass ein direktes Upgrade von 40G auf das schnellere 100G im Vergleich zur 25G Ethernet-Konnektivität kostenintensiver ist.

4. Sowohl Energieeinsparungen als auch eine höhere Dichte führen zu einem geringeren Kühlbedarf und Betriebsaufwand für Rechenzentrumsbetreiber.

Current vs Future High Speed Ethernet Upgrade ModeAbbildung 3: Aktuelle vs. zukünftige High Speed Ethernet Upgrades

Empfehlungen für die Wahl des 100G Netzwerk-Upgrade-Pfades

Die wichtigste Voraussetzung für die Planung eines Upgrades Ihres Netzwerks ist die Berücksichtigung Ihrer Geschäftsgröße und zukünftigen Expansion. Für einige führende und riesige Unternehmen ist ein Upgrade von 25G auf 100G der optimale Weg, da 25G seine offensichtlichen Vorteile hat, die die wachsenden Anforderungen des Netzwerks erfüllen können. Für eine langfristige Entwicklung sind diese großen Unternehmen und Rechenzentren bereit, viel höhere Gebühren zu zahlen, um die Leistung zu gewährleisten. Bei einigen kleinen und mittleren Unternehmen ist es jedoch nicht notwendig, das ursprüngliche 40G-Netzwerk aufzugeben und den Migrationspfad 10G-25G-100G eifrig zu verfolgen. Denn Sie sollten sicherstellen, dass Ihre Netzwerkadapter das 25G-Netzwerk unterstützen. Dies mag offensichtlich erscheinen, da nicht alle Server mit 25G-Netzwerkadaptern ausgeliefert werden. In diesem Fall bedeutet dies, dass Sie zusätzliche Verbindungen betreiben müssen, indem Sie mehr Switches und Kabel kaufen, was sehr kostspielig sein kann. Kurz gesagt: Die Wahl des 10G-25G-100G-Migrationspfades kann zusätzliche Gebühren mit sich bringen. Wenn das aktuelle Netzwerk Ihren Bedürfnissen entspricht, können Sie in 40G bleiben und auf dieser Basis auf 100G upgraden. Aber wenn Sie ein neues Netzwerk planen, haben Sie mit 10G-25G-100G vielleicht mehr Möglichkeiten.

Fazit

Die Nachfrage nach höherer Ethernet-Geschwindigkeit und -Leistung wird auch in zukünftigen Rechenzentren nicht nachlassen. Durch das Angebot von mehr Bandbreite und höherer Portdichte bei reduziertem Stromverbrauch und geringeren Kosten hebt der 10G-25G-100G Upgrade-Pfad die traditionelle 10G-40G-100G-Konnektivität auf, um die Effizienz des Rechenzentrums zu verbessern und schafft so die Grundlage für ein weiteres Upgrade auf 200G und 400G. Die Wahl des Migrationspfades hängt jedoch hauptsächlich von den spezifischen Anforderungen und Bedingungen ab, weshalb es für Netzwerkmanager besser ist, vor der Entscheidung nach professionellen Vorschlägen zu suchen. FS liefert verschiedene optische Produkte und Lösungen für verschiedene Anwendungen in Rechenzentren und Unternehmensnetzwerken. Wenn Sie mehr Details über 100G-Netze erfahren möchten, besuchen Sie bitte unseren Shop auf FS.COM.