Extension réseau 10G - 25G - 100G : Une stratégie incontournable pour les futurs datacenters

En raison des besoins en bande passante des centres de données cloud (nuage) privés et publics et des fournisseurs de services de communication, la technologie 100G a connu un succès considérable, ce qui rend une mise à niveau des réseaux nécessaire et inévitable. Jusqu'à présent, la majorité des fournisseurs de serveurs proposent déjà des cartes réseau Ethernet 25 Gigabit Ethernet comme option I/O standard sur leurs serveurs, ce qui permet les plus récentes transitions Ethernet de 10G à 25G, 100G et plus.

Bien que les ports 1G, 10G et 40G représentent toujours une partie importante des ports Ethernet du marché des entreprises, il existe actuellement une rapide transition vers les ports 25G et 100G. Cet article présente l'évolution de 25G, puis compare les chemins de migration 10G-40G-100G et 10G-25G-100G pour aider les utilisateurs à faire les bons choix pour la mise à niveau des réseaux.

Chemin de mise à niveau 10G-40G-100G

Bien que le 100G et les versions ultérieures constituent le prochain cap important dans les vitesses des centres de données hyperscale, le 40G peut encore avoir une longue durée de vie dans l'industrie. Les entreprises traditionnelles qui disposent de centres de données de niveau 2 et 3, et ont des exigences de densité et des budgets réduits peuvent exploiter de manière fiable l'architecture 40G avec des vitesses de service 10G comme élément essentiel du système existant.

Description du réseau 40G

Le développement officiel du 40G Gigabit Ethernet a démarré en 2008 et a été approuvé en 2010. Cette technologie permet le transfert de trames Ethernet à 40 Gigabits par seconde. 40GbE fonctionne avec un câblage QSFP+ (Quad Small Form Factor Pluggable), qui peut prendre en charge des applications de bande passante élevée comme la vidéo sur demande et les applications informatiques hautes performances. Le réseau 40G utilise quatre canaux de transmission, chacun avec un débit de 10Gbps, ce qui le rend plus efficace et moins coûteux à gérer. Dans les centres de données, les switchs 40G sont utilisés comme switchs d'agrégation/Leaf, tandis qu'ils peuvent servir de switchs cœur/Spine pour les petites et moyennes entreprises.

Pour l'instant, le 40G se développe rapidement et est progressivement devenu une solution appropriée pour de nombreuses petites et moyennes entreprises. Mais son développement rencontre aussi des difficultés. En raison de la baisse du volume d'affaires et du prix élevé des produits durant une longue période, les opérateurs hésitent encore à adopter le système 40G. Ils pourraient décider de ne pas choisir le 40G et de déployer directement des systèmes 100G. En ce moment, la technologie 100G se développe rapidement. Différent du 40G, le 100G fait un meilleur travail dans le suivi standard, l'unification des solutions techniques et le développement de la chaîne industrielle. Par conséquent, le prix des produits 100G devrait bientôt être réduit au même niveau que celui des produits 40G. À l'heure actuelle, le 100G représente la majorité du marché de réseau haute vitesse et freine considérablement la croissance du marché du 40G.

Chemin de migration 10G-40G-100G

Sur ce chemin, les équipements 10G et les systèmes de câblage investis dans le passé seront utilisés. Le module QSFP+ 40G est composé de 4 canaux 10G parallèles et les modules QSFP+ 100G prennent en charge un taux de canaux parallèles de 10×10G. Par conséquent, dans ce type de migration 100G, le taux single-channel est basé sur 10G, alors que le chemin de migration de 10G à 40G à 100G a besoin de fibres supplémentaires, entraînant un câblage plus complexe et plus cher. D'autre part, lorsque les modules QSFP sont utilisés sur de longues distances, comme le module optique QSFP+ LR4, ils intègrent 4 canaux de 10G dans une liaison fibre optique par multiplexage en longueur d'onde (WDM). C'est en partie la raison pour laquelle le coût des modules optiques QSFP reste élevé, en particulier pour les modules 40G avec une plus grande distance de transmission, tels que QSFP+ ER4, qui augmente également le coût de la mise à niveau du réseau 100G. En conséquence, le chemin de migration 40G-100G peut coûter beaucoup plus cher.

Chemin de mise à niveau 10G-25G-100G

Les centres de données se développent à un rythme sans précédent, d'où la nécessité d'une bande passante plus large entre le serveur et les switchs. Pour répondre à cette tendance, les réseaux et l'industrie Ethernet passent de 10G à 25G, ce qui offre des avantages significatifs en termes de densité, de coût et de puissance pour les connexions de serveur vers ToR (Top-of-Rack).

Chemin évolutif de 25G

Depuis que le 25GbE a été initialement proposé en 2014, des entreprises comme Google, Microsoft, Arista, Mellanox, etc. ont poussé le développement de la norme 25GbE pour les réseaux de serveurs ToR (Top-of-Rack).

Jusqu'à présent, les produits 25G comme les switchs 25G ou les câbles SFP28, 25G DAC et AOC sont de plus en plus populaires, et les serveurs 25G se sont également répandus, en préparation pour une mise à niveau vers 100G. Ces switchs réseau 25G sont souvent utilisés comme ToR ou switchs leaf pour connecter les serveurs et les équipements terminaux.

25G Ethernet est une mise à jour graduelle de 10G Ethernet. Ainsi, pour les switchs Ethernet 25G et 10G avec la même densité de ports, les switchs 25G et les optiques fournissent des performances et une bande passante 2,5 fois plus élevés que les solutions Ethernet 10G. Et la haute performance SFP28 25G utilise la technologie SerDes 25G à voie unique similaire en fonctionnement au SFP+ 10G. Ces avantages permettent aux architectures de switchs 25G existantes de prendre en charge des vitesses de liaison supérieures à 10G sans augmentation de l'interconnexion câble/trace, tout en suivant une trajectoire de croissance plus rapide et complète du réseau, qui permet de réduire la consommation électrique et le coût. Comme les entreprises ont besoin d'une mise à niveau constante, les réseaux 25G seront plus populaires à l'avenir. La Figure 1 illustre certaines des étapes clés du réseau 25G de 2014 à 2018.

Figure 1 : Chemin évolutif de l'Ethernet 25G

Chemin de migration 10G-25G-100G

La vitesse 25G single-channel est 2,5 fois supérieure à l'efficacité de transmission 10G, alors que dans un réseau 100G, seuls des modules de 4 canaux 25GB sont nécessaires pour atteindre le mode 4×25Gb/s. Cela permettra d'économiser des liaisons de fibre optique, mais ce chemin de migration va supprimer l'équipement 10G d'origine dans le système. Malgré cela, les serveurs 25G et les switchs 100G sont devenus omniprésents dans les centres de données hyperscale, remplaçant progressivement les anciens serveurs 10G et switchs 40G. Cette rapide migration a permis d'augmenter le débit global du système de 2,5 fois avec des coûts supplémentaires réduits.

Alors que l'industrie de l'Ethernet continue d'innover et d'ouvrir la voie à des vitesses réseau plus élevées comme 200G et 400G, la mise à niveau 25G-100G a été développée comme une stratégie inévitable pour les centres de données futurs. En général, ce chemin de migration est plus économique. Ses avantages sont les suivants :

1. Les modules single-channel 4x25G seront moins chers que les modules 10x10G. Avec la popularité de la technologie 25G, le prix des modules QSFP28 continue de baisser.

2. La consommation électrique du SFP28 4x25G est beaucoup plus faible que celle d'un SFP+ 10x10G typique, ce qui donne également un avantage sur les coûts d'exploitation de 25G.

3. Pour les liaisons de fibre optique, la migration de 10G à 100G nécessite l'utilisation de canaux 10x10G, mais seulement 4 canaux sont nécessaires pour les connexions 25G à 100G, ce qui peut faire économiser des ressources considérables en termes de liaisons.

Comparaison des chemins de migration : 10G-40G-100G ou 10G-25G-100G

Avant la sortie de la spécification 25GbE, le chemin de mise à niveau 10G-40G était l'option principalement adopté pour les entreprises, les fournisseurs de services et les centres de données pour une évolution au-delà de 10GbE. Cependant, avec l'émergence du 25GbE, le chemin de mise à niveau 25GbE-100G a pris de l'ampleur en offrant le coût par bit, la consommation d'énergie et les avantages de densité du rack serveur qui sont les facilitateurs nécessaires pour une transition rapide généralisée.

Figure 2 : Comparaison des chemins de mise à niveau 10G - 40G vs 25G - 100G

Il est facile de constater qu'il y a des avantages évidents dans le processus de migration 10G-25G-100G par rapport au chemin 10G-40G-100G :

1. Le chemin de migration 25G-100G peut offrir à la fois des économies sur les dépenses d'investissement et d'exploitation grâce à une rétrocompatibilité, pour la protection d'investissement et des migrations sans faille avec une conception cohérente des racks et la réutilisation de l'infrastructure de câblage existante, évitant ainsi des changements coûteux et complexes.

2. La technologie SerDes 25G à une voie utilisée dans la connectivité 100G à 25G est similaire à celle de la connectivité 40G à 10G, mais les performances sont multipliées par 2,5, réduisant ainsi considérablement la puissance et le coût par gigabit. Ces économies d'énergie résulteront à leur tour en une réduction des besoins de refroidissement et des dépenses opérationnelles pour les opérateurs de centres de données. En réutilisant l'infrastructure de câblage existante, l'Ethernet 25G permet une migration transparente du réseau pour éviter des changements coûteux et complexes.

3. L'Ethernet 25G offre une densité de ports et de systèmes supérieure à celle d'une solution 40G comparable. Le chemin de migration réseau 25G-100G (4x25G voies) offre un coût inférieur par unité de bande passante en utilisant pleinement les capacités des ports de commutation par rapport au chemin de mise à niveau 40G-100G. Par conséquent, la mise à niveau directe de 40G à 100G est prohibitive par rapport à la connectivité Ethernet 25G.

4. Les économies en électricité et l'augmentation de la densité réduisent les besoins de refroidissement et les dépenses d'exploitation des opérateurs de centres de données.

Figure 3 : Mode de mise à niveau Ethernet de haute vitesse actuel et futur

Suggestions pour le chemin de mise à niveau réseau 100G

La condition la plus importante lors de la planification de la mise à niveau de votre réseau est de tenir compte de la taille de votre entreprise et de son expansion future. Pour certaines grandes entreprises, passer de 25G à 100G est la solution optimale, puisque 25G a ses avantages évidents qui peuvent satisfaire les besoins croissants du réseau. Pour un développement à long terme, ces grandes entreprises et centres de données sont prêts à payer des frais beaucoup plus élevés pour assurer les performances. Bien que, pour certaines petites et moyennes entreprises, il n'est pas nécessaire de renoncer au réseau 40G d'origine et de poursuivre le chemin de migration 10G-25G-100G. Car il faut s'assurer que les adaptateurs réseau supportent le réseau 25G. Cela peut sembler évident, car les serveurs ne sont pas tous livrés avec des adaptateurs réseau 25G. Dans ce cas, cela signifie que des connexions supplémentaires doivent être effectuées en installant des switchs et des câbles additionnels, ce qui peut représenter un coût important.

En un mot, choisir le chemin de migration 10G-25G-100G peut impliquer des frais supplémentaires. Si le réseau actuel peut répondre aux besoins, il est possible de rester en 40G, et de passer à 100G sur cette base. Mais si un nouveau réseau est prévu, les choix sont plus nombreux. Il ne faut pas penser au montant de l'investissement précédent. La seule chose qu'il faut tenir en compte est le développement de l'entreprise et le coût que cette migration future du réseau pourrait vous coûter.

Conclusion

La demande pour des vitesses et des performances Ethernet plus élevées ne s'arrête jamais pour les futurs centres de données. En offrant une largeur de bande plus large et une densité de ports plus élevée avec une consommation d'énergie et des coûts réduits, le chemin de mise à niveau 10G-25G-100G renverse la connectivité 10G-40G-100G traditionnelle pour améliorer l'efficacité du centre de données, préparant ainsi le terrain pour de nouvelles mises à niveau vers 200G et 400G. Mais le choix du chemin de migration dépend principalement des exigences et des conditions spécifiques, de sorte qu'il est préférable pour les gestionnaires de réseau de consulter quelques suggestions professionnelles avant de prendre la décision.

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