Ethernet 25G - Une Nouvelle Tendance pour les Réseaux du Futur

Alors que les besoins en bande passante des centres de données en nuage augmentent de façon spectaculaire, les réseaux et l'industrie de l'Ethernet s'orientent vers une nouvelle direction, celle de l'Ethernet 25G. Il semble que les utilisateurs finaux préfèrent et adoptent davantage le 25GbE lorsqu'ils comparent les voies de mise à niveau du 10GbE-25GbE-100GbE et du 10GbE-40GbE-100GbE. Pourquoi choisir 25GbE ? Quels sont les avantages du 25GbE ? Cet article analyse l'Ethernet 25G d'un point de vue général.

L'Émergence de l'Ethernet 25G

Les administrateurs de réseaux étaient autrefois choqués par l'idée d'une liaison 10GbE. Puis, la virtualisation et l'informatique en nuage ont créé de nouveaux défis en matière de réseaux, nécessitant davantage de bande passante. Les commutateurs "Top of Rack" (ToR), qui représentent généralement le plus grand nombre de connexions dans les centres de données, dépassent rapidement la capacité de 10 GbE. L'IEEE a ensuite ratifié une norme 40GbE et 100GbE pour répondre à la demande, mais la norme 40GbE n'est pas rentable ni économe en énergie pour la commutation ToR des fournisseurs de services en nuage, et le déploiement de la norme 100GbE est relativement difficile et coûteux. C'est dans ce contexte que la norme Ethernet 25G a été développée par le groupe de travail P802.3by de l'IEEE 802.3, utilisée pour la connectivité Ethernet qui sera très utile aux environnements de centres de données d'entreprise et d'informatique en nuage. La spécification 25GbE utilise des liaisons Ethernet 25Gbps à voie unique et est basée sur la norme IEEE 100GbE (802.3bj), permettant d'atteindre 100GbE grâce à des voies 4x25Gbps.

Câbles et Optiques Ethernet 25G

La spécification de l'interface physique 25GbE prend en charge deux facteurs de forme principaux : SFP28 (1x25 Gbps) et QSFP28 (4x25 Gbps). Les émetteurs-récepteurs couramment utilisés sont les SFP28 25GbE.

Les PMD (Physical Medium Dependent) 25GbE spécifient des câbles de cuivre bi-axiaux à faible coût, ne nécessitant que deux paires de câbles bi-axiaux pour un fonctionnement à 25Gbps. Les liaisons basées sur des câbles bifilaires en cuivre peuvent connecter des serveurs à des commutateurs ToR et servir de connexions intra-rack entre des commutateurs et/ou des routeurs. Les câbles Fan-out (câbles qui se connectent à des vitesses plus élevées et "en éventail" à plusieurs liaisons à vitesse plus faible) peuvent se connecter à des vitesses de 10/25/40/50 Gbps, et peuvent maintenant être réalisés avec des câbles MMF (fibre multimode), SMF (fibre monomode), et cuivre, en adaptant la portée aux besoins spécifiques de l'application. Les câbles couramment utilisés sont DAC 25GbE and AOC 25GbE.

Tableau 1 : Spécifications des Interfaces 25GbE.

Why Choose 25G Ethernet?

Si le 10GbE est adapté à de nombreux déploiements existants, il ne permet pas de fournir efficacement la bande passante nécessaire et requiert des dispositifs supplémentaires, ce qui augmente considérablement les dépenses. Quant au 40GbE, il n'est ni rentable ni économe en énergie pour la commutation ToR des fournisseurs de services en nuage. C'est pourquoi le 25GbE a été conçu pour résoudre ce dilemme.

Nombre de Voies SerDes

SerDes (Serializer/Deserializer) est un circuit intégré ou un émetteur-récepteur utilisé dans les communications à grande vitesse pour convertir des données sérielles en interfaces parallèles et vice versa. La section émetteur est un convertisseur série-parallèle et la section récepteur est un convertisseur parallèle-série. Actuellement, le taux de SerDes est de 25 Gbps. Cela signifie qu'une seule voie SerDes à 25 Gbps est nécessaire pour connecter une extrémité de la carte 25GbE à l'autre extrémité de la carte 25GbE. En revanche, 40GbE nécessite quatre voies SerDes 10GbE pour réaliser les connexions. Par conséquent, la communication entre deux cartes 40GbE nécessite jusqu'à quatre paires de fibres. En outre, l'Ethernet 25G permet une migration simplifiée vers les réseaux 50G et 100G.

Figure 1 : Nombre de Voies Nécessaires dans Différents Modèles Gigabit Ethernet.

Carte Réseau 25GbE plus Efficace pour les Voies PCIe

Actuellement, le CPU Xeon d'Intel n'offre que 40 voies PCIe (PCI Express) 3.0 avec une largeur de bande d'une seule voie d'environ 8 Gbps. Ces voies PCIe sont utilisées non seulement pour les communications entre le CPU et les cartes d'interface réseau (NIC), mais aussi entre les cartes RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks), les cartes GPU (graphics processing unit) et toutes les autres cartes périphériques. Il est donc nécessaire d'augmenter l'utilisation des voies PCIe limitées par la carte d'interface réseau. Chaque carte d'interface réseau 40GbE a besoin d'au moins une voie PCIe 3.0 x8, donc même si deux ports 40GbE peuvent fonctionner à pleine vitesse en même temps, l'utilisation réelle de la bande passante de la voie n'est que : 40G*2 / (8G*16) = 62,5%. En revanche, une carte NIC 25GbE ne nécessite qu'une voie PCIe 3.0 x8, l'efficacité d'utilisation étant alors de 25G*2 / (8G*8) = 78%. Il semble que le 25GbE soit beaucoup plus efficace et flexible que le 40GbE en termes d'utilisation des voies PCIe.

Figure 2 : Déploiement d'une Carte Réseau 25G.

Réduction du Coût du Câblage 25GbE

Les cartes et les commutateurs 40GbE utilisent des modules QSFP+ avec des câbles MTP/MPO relativement coûteux qui ne sont pas compatibles avec les fibres optiques LC du 10GbE. Si la migration vers le 40GbE est basée sur le 10GbE, la plupart des câbles à fibre optique devront être remplacés et recâblés, ce qui peut entraîner des dépenses considérables. En comparaison, les cartes et les commutateurs 25GbE utilisent des émetteurs-récepteurs SFP28 et sont compatibles avec les fibres optiques LC de 10GbE en raison d'une connexion à une voie. Si la migration du 10GbE vers le 25GbE est envisagée, le recâblage peut être évité, ce qui représente des économies de temps et d'argent.

Avantages Spécifiques du 25GbE pour les E/S des Switchs/h3>

Tout d'abord, l'Ethernet 25G offre d'excellentes performances en matière d'E/S (entrée/sortie) et de capacité de structure. Les organisations Web et Cloud peuvent bénéficier d'une bande passante réseau 2,5 fois plus performante que celle de 10 GbE. Disponible sur une seule voie, le 25GbE offre également une plus grande densité de ports de commutation et une plus grande évolutivité du réseau. Deuxièmement, le 25GbE peut réduire les dépenses d'investissement (CAPEX) et les dépenses d'exploitation (OPEX) en diminuant considérablement le nombre de commutateurs et de câbles nécessaires, ainsi que les coûts d'installation liés à l'espace, à l'alimentation et au refroidissement par rapport à la technologie 40GbE. Troisièmement, le 25GbE utilisant un protocole de liaison Ethernet 25Gbps à voie unique tire parti de la norme IEEE 100GbE existante, qui est mise en œuvre sous la forme de quatre voies 25Gbps fonctionnant sur quatre paires de fibres ou cuivre.

Prévisions du Marché de l'Ethernet 25G

Au cours des dernières années, l'Ethernet 25G a été de plus en plus pris en compte, et les produits 25GbE ont connu des développements significatifs et occupé une part de marché plus importante. La technologie 25GbE est censée conquérir un marché plus vaste en 2020 et continuera à prospérer à l'avenir. À long terme, le 25GbE devrait être une tendance durable dans les réseaux de centres de données à haut débit, car les adaptateurs 25GbE peuvent également fonctionner à des vitesses de 10GbE, et les commutateurs 25GbE offrent un moyen plus pratique de migrer vers un réseau 100G ou même 400G, en évitant la mise à niveau 40GbE. Il ne faut pas non plus sous-estimer la nécessité de parvenir à un consensus au sein de l'industrie. À l'heure actuelle, le 25GbE est principalement utilisé pour les applications de commutation entre serveurs. Si les applications de commutateur à commutateur peuvent être largement promues, l'Ethernet 25G pourrait aller plus loin. En un mot, le passage au 25GbE s'accélère.

Conclusion

Quelle que soit l'étude de marché ou la position des utilisateurs, l'Ethernet 25G semble être l'option préférée pour les années à venir, car cette technologie est moins coûteuse, consomme moins d'énergie et offre une plus grande largeur de bande. Compte tenu des avantages réalistes de l'Ethernet 25G, son utilisation et évolution sont inévitables pour le futur.