Ускорение Ethernet: четыре новые технологии — на стадии проектирования

Перспективы Ethernet связаны сейчас не только с переходом на очередную эволюционную ступень: инженеры, создавшие повсеместно используемые сегодня сетевые протоколы, готовят сразу несколько новых их версий, которые будут обслуживать самые разные приложения.

На недавней конференции отраслевой группы Ethernet Alliance обсуждались сразу несколько проектов, ставящих своей целью создание будущих стандартов IEEE.

Для удовлетворения потребностей облачных ЦОД разрабатывается стандарт передачи данных на скорости 25 Гбит/с. А эксперты, заглядывающие на несколько лет вперед, уже сейчас продумывают спецификации технологии с пропускной способностью 50 Гбит/с. Организациям с новыми, более быстрыми точками доступа Wi-Fi вскоре может быть предложен стандарт Ethernet с пропускной способностью 2,5 Гбит/с. Операторы связи также переводят свои магистрали на более высокие скорости. Уже вскоре новые коммуникационные технологии появятся и в автомобилях.

Все эти усилия отражают растущий спрос на каналы Ethernet, работающие за пределами традиционных корпоративных локальных сетей, для которых они изначально были предназначены. При этом разработчикам нужно не только думать о том, как передать больше бит за единицу времени по волоконно-оптическому или медному кабелю, но и решать множество других задач.

«Я то и дело слышу о диверсификации, – признался председатель совета Ethernet Alliance Джон д'Амброзиа. – Нам нужна диверсификация, с масштабной диверсификацией связано наше будущее. Выдвинув некогда девиз 'Ethernet повсюду', сегодня в совершенно иных условиях мы пришли, по сути, к той же самой концепции».

Ежегодная конференция EA Technology Exploration Forum служит площадкой для обсуждения технических деталей решений, которые многие из ее участников проектируют в рамках различных рабочих групп, в том числе и группы IEEE 802.3 Working Group, разрабатывающей официальные стандарты Ethernet. Оптические и электрические сигналы, волоконно-оптические линии и медные кабели, вычислительная мощность, энергопотребление, выделение тепла, стоимость и многие другие вопросы требуют тщательного продумывания и оптимизации.

Не вдаваясь слишком глубоко в технические подробности, перечислим основные направления, с которыми связано сегодня дальнейшее развитие Ethernet.

Стандарт, регламентирующий передачу данных на скорости 25 Гбит/с, может показаться шагом назад, поскольку уже сейчас существуют технологии 40-Gigabit и 100-Gigabit Ethernet. Однако речь здесь идет об удовлетворении потребностей в более высоких скоростях, в том числе и в каналах, используемых серверами в облачных ЦОД. Крупнейшими покупателями оборудования Ethernet сегодня являются компании Google и Microsoft. Во многом, по словам аналитика Dell'Oro Group Алана Веккеля, это объясняется тем, что облачные операции сопряжены с прохождением очень больших объемов данных между серверами.

Ключевой особенностью технологии 25-Gigabit Ethernet является то, что многие компоненты решений, которые еще только должны появиться в перспективе, уже разработаны. Стандарт 100-Gigabit Ethernet, например, предусматривает использование четырех потоков с пропускной способностью 25 Гбит/с. То же самое относится и к многим другим составным частям технологий более высокого класса. А это в свою очередь предполагает увеличение масштабов производства общих для обеих технологий компонентов, что должно способствовать снижению цен.

Технологии 25-Gigabit Ethernet открывают перед сетевыми архитекторами логичный путь построения ЦОД, в которых серверы будут связаны с коммутаторами каналами с пропускной способностью 25 Гбит/с, а коммутаторы смогут обмениваться данными друг с другом на скорости 100 Гбит/с. С таким четырехкратным соотношением создатели сетей и привыкли всегда работать.

«Объединение строительных блоков ЦОД каналами с пропускной способностью 25 Гбит/с приобретает особую важность в облачную эпоху, – подчеркнул Веккель. – Оно позволяет сетевым инженерам прибегать к повторному использованию уже имеющихся технических компонентов по мере роста потребностей в производительности. Сегодня многие облака создаются с нуля, но в условиях совершенствования технологий и появления работающих бизнес-моделей, в ходе переговоров с инвесторами, которым нужно разъяснять отдачу от миллиардов долларов, вложенных в каждый ЦОД, возможность повторного использования будет играть все более важную роль».

«Между тем, облачные гиганты уже выросли из технологии 40-Gigabit Ethernet, объединяющей четыре потока 10-Gigabit Ethernet, – пояснил д'Амброзиа. – Каждому серверу сегодня нужно более 10 Гбит/с, и даже у организаций средней величины все больше серверов подключаются сейчас именно к таким каналам».

В начале июля Google, Microsoft и ряд производителей сетевого оборудования сформировали отдельную группу, которая будет заниматься стандартизацией технологий 25-Gigabit и 50-Gigabit Ethernet. У них просто нет времени ждать, пока IEEE подготовит окончательный вариант своего стандарта. Только в июле в IEEE была сформирована рабочая группа по подготовке стандарта 25-Gigabit Ethernet. Ожидается, что на это уйдет по крайней мере полтора года. Правда, д'Амброзиа заявил, что не согласен с таким прогнозом и настроен более оптимистично. «Для нашей отрасли характерно очень быстрое достижение консенсуса», – указал он.

Разработка спецификаций 50-Gigabit Ethernet, которые должны обеспечить очередное увеличение скорости передачи данных между серверами в ЦОД, уже началась. В ближайшие несколько лет крупнейшие ЦОД столкнутся с тем, что пропускной способности в 25 Гбит/с для серверов и высокопроизводительных систем хранения будет уже недостаточно.

Между участниками конференции Ethernet Alliance разгорелся спор по поводу того, стоит ли использовать стандарт 50-Gigabit Ethernet при построении каналов с пропускной способностью 100 Гбит/с или же имеет смысл заняться проектированием однопоточной технологии. «Спецификации 50-Gigabit Ethernet будут готовы уже в ближайшее время, – отметил директор агентства Chris Cole по технологиям передачи данных Крис Коул. – Фактически уже сегодня мы создаем компоненты для передачи данных на скорости 100 Гбит/с. Ожидается, что продукты, соответствующие стандарту 50-Gigabit Ethernet, появятся в 2016 году».

Наверное, кому-то такая скорость покажется не слишком высокой, однако технология 2,5-Gigabit Ethernet поможет компаниям развернуть в своих зданиях очень быстрые сети Wi-Fi. Соответствующие технологии послужат предприятиям инструментом для подключения к кабельной инфраструктуре беспроводных точек доступа, объединяющих оконечные узлы сети.

Новейший стандарт Wi-Fi, IEEE 802.11ac, обеспечивает передачу данных на скорости, превышающей 1 Гбит/с, причем в определенных конфигурациях это превышение может быть довольно значительным. «При таком беспроводном трафике каналы Gigabit Ethernet, связывающие точки доступа на большинстве предприятий, превращаются в узкое место», – указал вице-президент компании Aquantia по продажам и маркетингу Камаль Дальмия.

Достаточную пропускную способность можно было бы получить, установив у себя оборудование 10-Gigabit Ethernet, но у большинства организаций имеющийся сетевой кабель не позволяет сделать этого. А версии Ethernet с пропускной способностью 2,5 Гбит/с при использовании сегментов протяженностью до 100 метров вполне достаточно кабеля категории 5e или 6. Таким образом, пользователи смогут выйти за рамки ограничений Gigabit Ethernet, и перекладывать кабель для этого не придется.

Компания Aquantia уже выпускает оборудование Ethernet с пропускной способностью 2,5 Гбит/с и 5 Гбит/с. Ожидается, что заседание IEEE, посвященное стандарту 2,5-Gigabit Ethernet, а возможно, и 5-Gigabit Ethernet, состоится уже в ближайшее время.

Разработчики технологий Ethernet не собираются отказываться и от более высоких скоростей. Рабочая группа IEEE уже приступила к проектированию стандарта 400-Gigabit Ethernet, которое планируется завершить в марте 2017 года. В более быстрых каналах предполагается использовать несколько потоков 50-Gigabit Ethernet или 100-Gigabit Ethernet. В конечном итоге эта сверхпроизводительная технология должна появиться в ядре сетей поставщиков услуг связи.