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10G-25G-100Gネットワークアップグレード: 将来のデータセンターの避けられないロードマップ

2022年01月11日より更新

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10G-25G-100Gネットワークアップグレード: 将来のデータセンターの避けられないロードマップ

プライベート及びパブリッククラウドデータセンターと通信サービスプロバイダーの帯域幅要件に駆動されるため、100Gは大幅な普及を経験し、ネットワークのアップグレードが必要且つ避けられない傾向になりました。これまで、多数のサーバーベンダーは、サーバーの標準I/Oオプションとして25ギガビットイーサネットNICを既に提供しており、最新のイーサネット速度の10Gから25G、100G及びその以上への移行を推進しています。1G、10G、及び40Gが依然として企業市場のイーサネットポートの大きなシェアを占めていますが、25G及び100Gへの移行はこれまでにない迅速な速度で行われています。この投稿は、25Gの進化の道に焦点を当て、10G-40G-100Gと10G-25G-100Gとの移行パスを比較し、ユーザーがネットワークアップグレードをより適切に選択できるようにすることに役立ちます。

10G-40G-100Gアップグレードパス

100G及びその以上が、超大規模データセンターの速度における次の主要なマイルストーンですが、40Gはまだ業界で長い寿命を持っています。密度要件が低く、予算が小さいティア2及びティア3データセンターを持っている従来の企業は、現在のビルディングブロックとして10Gサービス速度を有している40Gアーキテクチャを確実に活用できます。

40Gネットワークの概要

40Gギガビットイーサネットの公式開発は2008年に始まり、2010年に承認されました。イーサネットフレームを毎秒40ギガビットで送信できます。40GbEは、Quad Small Form Factor Pluggable（QSFP+）ケーブルで動作し、ビデオオンデマンドや高性能コンピューティングなどの高帯域幅アプリケーションをサポートできます。40Gネットワークは4つの伝送チャネルを使用し、各チャネルのデータレートは10Gbpsであるため、効率を向上させ、管理コストを削減することができます。40Gスイッチは、データセンターでは集約/リーフスイッチとして使用されますが、中小規模の企業ではコア/スパインスイッチとして機能します。

現在、40Gは急速に発展しており、徐々に多くの中小企業に適したソリューションになっていますが、その発展は困難に直面しています。長期的なビジネスの不足及び製品価格の高さのため、事業者は40Gシステムを採用するかどうかについて依然として躊躇っていますが、彼らには40Gをスキップして、100Gシステムを直接展開する可能性があります。現在、100Gテクノロジーは急速に発展しています。40Gとは異なり、100Gは標準的なフォローアップ、技術的ソリューションの統合、および産業チェーンの開発において優れています。従って、100G製品の価格がまもなく40Gと同じレベルに引き下げられることは予想されます。現在、100Gは高速ネットワークの市場シェアの大半を占めており、40G市場の成長を大幅に抑制しています。

10G-40G-100G移行パス

このパスでは、過去に投資された10G機器とケーブル配線システムが利用されます。 40G QSFP+モジュール（製品詳細）は4つの並列10Gチャネルで構成され、100G QSFP+モジュールは10×10Gの並列チャネルレートをサポートします。従って、このタイプの100G移行では、シングルチャネルレートは10Gに基づいていますが、10G-40G-100Gへの移行パスにはより多くのファイバーが必要であり、より複雑なケーブル配線とより高いコストにつながります。一方、QSFPモジュール（QSFP+LR4光モジュールなど）を長距離で使用する場合、10Gの4チャネルを波長分割多重化（WDM）により1つの光ファイバリンクに統合します。これは、QSFP光モジュールのコストが高い一つの理由です。特に、QSFP+ER4のような伝送距離が長い40Gモジュールでは、100Gネットワークアップグレードのコストも増加します。前記の2つの理由により、40G-100Gの移行パスにはさらに多くのコストがかかります。

10G-25G-100Gアップグレードパス

データセンターは前例のないペースで拡大しており、サーバーとスイッチ間のより高い帯域幅のニーズが高まっています。この傾向に対応するために、ネットワーク及びイーサネット業界は10Gから25Gに移行しています。このため、サーバーからトップオブラックへの接続に密度、コスト、電力の面で大きなメリットがあります。

25Gの進化パス

2014年に25GbEが最初に提案されて以来、Google、Microsoft、Arista、Mellanoxなどの企業は、トップオブラックサーバーネットワーキング向けの25GbE標準の開発を推進してきました。これまで、25Gスイッチ（製品詳細）やSFP28、25G DAC、AOCケーブルなどの25G製品はますます認知され、25Gサーバーも普及しており、100Gアップグレードの準備が整っています。これらの25Gネットワークスイッチは、サーバーと端末機器を接続するためのToRまたはリーフスイッチとしてよく使用されます。25Gイーサネットは、10Gイーサネットからの増分更新です。従って、同じポート密度の25Gおよび10Gイーサネットスイッチの場合、25Gスイッチとファイバは10Gイーサネットソリューションの2.5倍のパフォーマンスと帯域幅を提供します。また、高性能25G SFP28は、10G SFP+と同様のシングルレーン25G SerDesテクノロジーを使用しています。これらの利点により、既存の25Gスイッチアーキテクチャは、ケーブル/トレースの相互接続を増やすことなく、10Gよりも高速なリンク速度をサポートできるようになり、同時にネットワーク帯域幅のより速くより豊かな成長軌道に歩調を合わせ、電力消費とコストを削減することに役立ちます。ビジネスは絶えずアップグレードする必要があるため、25Gネットワークは将来より一般的になります。図1は、2014年から2018年までの25Gネットワークの主要なマイルストーンの一部を示しています。

Evolutionary Path of 25G Ethernet 図1：25Gイーサネットの進化パス

10G-25G-100G移行パス

シングルチャネル25G速度は10Gの伝送効率の2.5倍ですが、100Gネットワークは、4x25Gb/sモードを達成するために必要なのは４チャネル25Gモジュールのみです。これにより、ファイバーリンクが大幅に節約されますが、この移行パスにより、システム内の元の10G機器が取り去れる。それでも、超大規模データセンターでは、25Gサーバーと 100Gスイッチ（製品詳細）が広く普及し、以前の10Gサーバーと40Gスイッチが徐々に置き換えられました。この速度の移行により、システム全体のスループットが2.5倍に向上しますが、わずかな増分コストがかかります。イーサネット業界が革新を続け、200Gや400Gなどのより高速なネットワーク速度への道を開拓するために、25G-100Gのアップグレードは、将来のデータセンターの避けられないロードマップとして開発されました。一般に、この移行パスはより経済的です。その利点は以下のように示されています。

1. シングルチャネル4x25Gモジュールは、10x10Gモジュールよりも安価です。25Gテクノロジーの普及により、 QSFP28モジュール（製品詳細）の価格は下がり続けています。

2. 4x25G SFP28の消費電力は、一般的な10x10G SFP+の消費電力よりもはるかに低く、これにより、25Gは運用コストの面でも有利になります。

3. 光ファイバリンクの場合、10G-100Gの移行には10x10Gチャネルが必要ですが、25G-100Gの接続に必要なチャネルは4つのみであるため、リンクリソースを大幅に節約できます。

移行パスの比較: 10G-40G-100G vs 10G-25G-100G

25GbE仕様がリリースされる前に、10G-40Eアップグレードパスは、企業、サービスプロバイダー及びデータセンターが10GbE以上に拡張するためのオプションとして主に採用されています。しかしながら、25GbEの登場により、25G-100Gアップグレードパスは、ビットあたりのコスト、消費電力及びサーバーラック密度の利点を提供することで、広範な速度移行に必要な推進力を獲得しています。

10G - 40G vs 25G - 100G 図2：10G-40Gと25G-100Gアップグレードパスとの比較

10G-25G-100Gパスのメリット

10G-40G-100Gパスと比較して、10G-25G-100Gの移行プロセスにはいくつかの明らかな利点があることが容易に分かります。

1. 25G-100G移行パスは、下位互換性によりCapEx（capital expenditures資本支出）とOpEx（operational expenditures運用支出）の両方を節約できる。また、投資保護と、既存のケーブル配線インフラストラクチャの一貫したラック設計と再利用によるシームレスな移行により、コストのかかる複雑な変更を回避できます。

2. 100Gから25Gへの接続で使用されるシングルレーン25G SerDesテクノロジーは40G-10Gへの接続と類似していますが、パフォーマンスは2.5倍に向上し、ギガビットあたりの電力とコストを大幅に削減します。この節電により、データセンターオペレーターの冷却要件と運用コストが削減されます。既存のケーブルインフラストラクチャを再利用することにより、25Gイーサネットはシームレスなネットワーク移行を可能にし、費用のかかる複雑な変更を回避します。

3. 25Gイーサネットは、同等の40Gソリューションよりも高いポートとシステム密度を提供します。25G-100G（4x25Gレーン）ネットワーク移行パスは、40G-100Gアップグレードパスと比較して、スイッチポート機能を完全に活用することにより、帯域幅の単位あたりのコストを削減します。従って、40Gからより高速な100Gに直接アップグレードすることは、25Gイーサネット接続と比較してコストが高くつきます。

4. 電力の節約と高密度の両方により、データセンターオペレーターの冷却要件と運用コストが削減されます。

Current vs Future High Speed Ethernet Upgrade Mode 図3：現在vs将来の高速イーサネットアップグレードモード

100Gネットワークアップグレードパスの選択に関する提案

ネットワークのアップグレードを計画する際の最も重要な条件は、ビジネスの規模と将来の拡張を考慮することです。25Gにはネットワークの増大するニーズを満たすことができる明らかな利点があるため、一部の大手企業にとっては25G-100Gのアップグレードが最適な方法です。長期的な開発のために、これらの大企業とデータセンターは、パフォーマンスを確保するためにはるかに高い料金を支払うことをいとわない。一方、一部の中小企業では、元の40Gネットワークを放棄して10G-25G-100Gの移行パスを積極的に追求する必要はありません。ネットワークアダプタが25Gネットワークをサポートしていることを確認する必要があるからです。全てのサーバーに25Gネットワークアダプターが搭載されているわけではないためです。これは明らかなことです。この場合、追加のスイッチとケーブルを購入して追加の接続を実行する必要があることを意味します。これは大きなコストになる可能性があります。即ち、10G-25G-100Gの移行パスを選択すると、追加料金が発生する可能性があります。現在のネットワークがニーズに十分に対応できる場合、40Gのままで、100Gにアップグレードできます。しかし、新しいネットワークを計画している場合は、より多くの選択肢があります。以前の投資を無駄にすることを考慮する必要はありません。検討する必要があるのは、ビジネス開発と、将来のネットワーク移行のためにどのぐらいの費用をかけるかのみです。

結論

将来のデータセンターでは、より高いイーサネット速度とパフォーマンスの需要が止まることはありません。10G-25G-100Gアップグレードパスは、帯域幅とポート密度を削減し、電力消費とコストを削減することで、従来の10G-40G-100G接続を覆し、データセンターの効率を改善し、200G及び400Gへのさらなるアップグレードの基盤を構築します。しかし、移行パスの選択は特定のニーズと条件に依存するため、ネットワーク管理者が決定を下す前に専門的なアドバイスを求めることを勧めします。FSは、データセンターや企業ネットワークの多様なアプリケーションに対応するために、さまざまな光学製品とソリューションを提供しています。100Gネットワークの詳細を知りたい場合は、FSにアクセスしてください。