瑞斯康達：40G以太網(wǎng)交換機

1 40G以太網(wǎng)標準

      在以太網(wǎng)標準中， 40G是個“另類”的以太網(wǎng)速率。從10M->100M->1000M（1G）->10G，以太網(wǎng)一直都是以10倍的速率來定義更高的接口速率，而40G的出現(xiàn)第一次打破了這個規(guī)律。是什么原因使得IEEE改變了以太網(wǎng)接口速率一直以來所遵循的規(guī)律？

      早在2006年下半年，IEEE就成立了HSSG（Higher Speed Study Group），目標是要研究制定下一代高速以太網(wǎng)100G的標準。隨著工作組相關(guān)工作的深入開展， 40G以太網(wǎng)被明確的提出，技術(shù)上的分歧也隨之凸顯，40G還是100G？下一代以太網(wǎng)的標準之路從一開始就面臨一個艱難的抉擇。

      將40G以太網(wǎng)作為下一代標準，其支持者有著非常充分的理由：40G端口的相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈相對成熟得多，在芯片成本、光模塊成本和端口部署等方面都有著非常現(xiàn)實的意義，可以很快實現(xiàn)規(guī)模性的商用。而100G的支持者更愿意面臨更大的技術(shù)挑戰(zhàn)：雖然100G在諸多方面都存在技術(shù)和成本問題，但基于10G*10=100G的考慮，不能因為技術(shù)上的原因就放棄它。雙方的分歧與爭論一直持續(xù)著，并影響了最終發(fā)布的結(jié)果——40G和100G同時被定義下來。不過從市場定位來看，兩者各有所側(cè)重：40G以太網(wǎng)主要面向數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用；而100G以太網(wǎng)則更側(cè)重在網(wǎng)絡(luò)匯聚和骨干。

      IEEE的40G/100G以太網(wǎng)標準發(fā)布的同時，多個光通信標準組織也在積極制定相關(guān)規(guī)范，涵蓋40G/100G器件、光模塊、OTN開銷處理、系統(tǒng)設(shè)備等領(lǐng)域。具體來說，IEEE主要制定客戶側(cè)的網(wǎng)絡(luò)接口和以太網(wǎng)相關(guān)映射標準，為40G/100G客戶側(cè)接口提供了規(guī)范；ITU-T主要制定運營商網(wǎng)絡(luò)相關(guān)標準，2010年該組織對G.709標準進行了一次修訂，進一步規(guī)范了OTN接口標準，把40G/100G以太網(wǎng)的承載和映射進行了明確的定義；OIF則負責制定40G/100G波分側(cè)光模塊電氣機械接口、軟件管理接口、集成式發(fā)射機和接收機組件、前向糾錯技術(shù)的協(xié)議規(guī)范，有力地推動了波分側(cè)接口設(shè)計標準化。

      從2010年下半年開始，芯片供應(yīng)商們明顯加快了在40G/100G以太網(wǎng)上的開發(fā)節(jié)奏，我們有理由相信，40G/100G相關(guān)標準的正式發(fā)布，必將完全激活整個產(chǎn)業(yè)鏈的研發(fā)熱情。在2011年以至未來，40G/100G必將成為技術(shù)熱點。

2 40G的需求高速增長

      隨著IT行業(yè)的高速發(fā)展，云計算、虛擬化、高清視頻、電子商務(wù)、社交網(wǎng)絡(luò)以及飛速發(fā)展高速無線網(wǎng)絡(luò)等等各種新興業(yè)務(wù)的不斷涌現(xiàn)，都給基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)帶來了巨大的機會和挑戰(zhàn)。

      從業(yè)務(wù)層面來看，三網(wǎng)融合給網(wǎng)線賦予了更為豐富的內(nèi)容：下載文件，電子購物，在線觀看高清視頻，以及高清視頻通話等等。這也使得用戶的帶寬需求從64K迅速上升到10M、100M，甚至千兆。有數(shù)據(jù)表明，10G端口的增長速度已遠遠高于低速端口的增長速度，在接入和客戶端設(shè)備上10G端口的應(yīng)用正越來越多。這勢必會引發(fā)網(wǎng)絡(luò)匯聚層和骨干層對40G、100G端口需求的迅速增長。

      云計算的部署，更加速了業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求。海量的數(shù)據(jù)在不斷的交互，網(wǎng)絡(luò)正在成為人類的第二個生活空間，越來越多的事情正在或?qū)⒁�在網(wǎng)絡(luò)上進行。更強大的數(shù)據(jù)中心、更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬是實現(xiàn)這一切的物理基礎(chǔ)。這場革命已逐漸滲透到數(shù)據(jù)中心內(nèi)部。處理器技術(shù)的飛速發(fā)展和業(yè)務(wù)的無限豐富推動了虛擬化技術(shù)在數(shù)據(jù)中心廣泛應(yīng)用，千兆端口已不能滿足服務(wù)器對接口的需求。隨著數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的融和趨勢，局域網(wǎng)、存儲網(wǎng)絡(luò)和高性能計算網(wǎng)絡(luò)融正逐步統(tǒng)一到以太網(wǎng)接口上，如圖1所示，這也大大增加了服務(wù)器對10G、40G以太網(wǎng)接口的需求。一旦10G、40G接口成為服務(wù)器的普及端口，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部40G、100G的互聯(lián)交換機接口就變得十分必要和緊迫。不僅如此，超大型的數(shù)據(jù)中心往往有很大的地域跨度（考慮到數(shù)據(jù)中心機房對電力、空間等的特殊需求，往往會建立在一些比較偏遠的地方），這些數(shù)據(jù)中心的互聯(lián)以及同Internet的接入都需要更高速率的鏈路。

圖1 數(shù)據(jù)中心的融合網(wǎng)絡(luò)

      從網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)來看，網(wǎng)絡(luò)的扁平化和融合也都大大促進了40、100G高速接口的發(fā)展，如圖2所示。網(wǎng)絡(luò)的扁平化對高端/核心路由器提出了更高端口密度和更高速率上行接口的要求，如每槽位需要32個10GE接口。在如此高密度、大容量的接入帶寬下面，上行接口的帶寬就有了更高的需求。比較常見的部署就是用多個10G端口進行聚合和捆綁，來實現(xiàn)更高性能的上行接口�？梢�，40G、100G的接口需求不僅現(xiàn)實的，而且是迫切的。

      核心路由器在40G、100G接口上的技術(shù)突破，尤其是100G接口的出現(xiàn)，也極大的推動了傳輸網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。IEEE、ITU-T和OIF聯(lián)手定義了40G、100G接口如何利用DWDM實現(xiàn)長距傳輸，并提出下一代傳輸網(wǎng)絡(luò)OTN。在OTN的架構(gòu)下面，40G、100G乃至未來的400G、1T等高速接口都有了更廣闊的發(fā)展空間。從目前業(yè)界的技術(shù)發(fā)展來看，雖然從用戶側(cè)（Client）到線路側(cè)（Line）的映射（Mapping）標準中有多種封裝的定義，但在100G接口的實際實現(xiàn)上，100G以太網(wǎng)幾乎成為業(yè)界唯一的實現(xiàn)。從這個意義上講，以太網(wǎng)已經(jīng)完全突破了“自我”，不再局限在“局域網(wǎng)和城域網(wǎng)”，而是真真切切“跑”到了骨干網(wǎng)上，成為“運營商以太網(wǎng)”。

圖2 承載網(wǎng)扁平化

      說到OTN，就不得不說網(wǎng)絡(luò)的融合。這是一次“跨界”的融合，即數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)（IP網(wǎng)絡(luò)）和傳輸網(wǎng)絡(luò)（OTN）的融合。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信（IP）網(wǎng)絡(luò)和傳輸網(wǎng)（SDH/SONET/DWDM）在管理和運營上相互獨立，路由器“看不見”傳輸設(shè)備，只是把傳輸當成“一根很長很長，信號質(zhì)量很好的電纜”。傳輸資源的分配和鏈路的建立都是完全通過“人”這個接口來實現(xiàn)的，業(yè)務(wù)的開通要經(jīng)過申請、審批、配置執(zhí)行和調(diào)試等多個環(huán)節(jié)，開通的周期長，業(yè)務(wù)變更復(fù)雜。而在下一代傳輸網(wǎng)的架構(gòu)中，IP和OTN網(wǎng)絡(luò)將最大限度的融合，通過對GMPLS的全面支持，實現(xiàn)控制平面的對接和互通，交換機、路由器以及傳輸設(shè)備都成為網(wǎng)絡(luò)上對等的節(jié)點。業(yè)務(wù)是端到端、按需的、動態(tài)的建立和拆除，極大的簡化了網(wǎng)絡(luò)的管理，并最大限度的實現(xiàn)鏈路帶寬和資源的高效率適用。當然，要達到這樣的目標在技術(shù)上還有很長的路要走，但融合的趨勢和意愿已經(jīng)迫在眉睫，其帶來的一個必然結(jié)果就是路由器全面提供對能支持OTN（DWDM彩光）的接口，這也成為40G/100G接口出現(xiàn)動力之一。

      再者，從降低網(wǎng)絡(luò)的投資成本和運營成本的角度來看，也對40G/100G端口有著明確的需求。如前文所述，為實現(xiàn)更高性能的上行接口，通常會在數(shù)據(jù)中心的核心交換機上用多個10G端口進行聚合和捆綁當然40G POS可以解決單端口40G的骨干互聯(lián)問題，但是仍然無法達到100G）。雖然物理帶寬上實現(xiàn)了更高速物理接口的目的，但是鏈路聚合卻存在著以下問題：

 數(shù)據(jù)流在多個物理端口之間要進行鏈路選擇（多采用HASH算法），這就會導(dǎo)致各個鏈路負載不均衡，從而降低聚合鏈路的有效帶寬。并且，不同的流量模型可能會將此現(xiàn)象加劇和惡化，大大降低鏈路的可用帶寬。

 由于接口數(shù)量多，導(dǎo)致接口上連接的光纖數(shù)量大大增加，不僅僅給機房部署、設(shè)備維護帶來更大麻煩，更為重要的是，會對鏈路保護和倒換造成極大的困難，甚至無法實現(xiàn)。對于可靠性要求極高的應(yīng)用來說，這是一個致命的缺陷。

 會給用戶在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)方面帶來更多的投入，包括占用路由器、交換機上更多端口（或槽位），需要購買更多的光模塊、光纖，租用更多的低速端口鏈路等等。

      當然，在40G/100G應(yīng)用之初，這些高速接口本身還是“天價”，甚至遠大于多個低速接口的捆綁。但是隨著產(chǎn)業(yè)鏈的成熟和應(yīng)用數(shù)量的增加，總體成本一定會快速下降到合理的范疇之內(nèi)。到那個時候，單端口40G/100G在投資和運營成本上的優(yōu)勢一定會更加明顯的體現(xiàn)出來。

3 40G以太網(wǎng)在數(shù)據(jù)中心的部署

      新的40G以太網(wǎng)技術(shù)首先可能部署在數(shù)據(jù)中心內(nèi)，如圖3所示。這有助于打破接入交換機與配線交換機連接層面上的瓶頸。隨著企業(yè)開始在布線機柜內(nèi)部署客戶端交換機10G以太網(wǎng)上行鏈路，以及10G以太網(wǎng)直接服務(wù)器連接，這些鏈路的聚合將形成網(wǎng)絡(luò)瓶頸，直到更高速度普及后才能打破。

圖3：整個數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中的40/100G以太網(wǎng)部署

      40G以太網(wǎng)最有吸引力的一大特點是應(yīng)用的廣泛性和設(shè)計的靈活性�？紤]到生產(chǎn)效率的提升和OPEX的降低，正確遷移到40G以太網(wǎng)將帶來可觀的成本效益。在遷移到40G以太網(wǎng)時，一些網(wǎng)絡(luò)可以繼續(xù)使用目前的10G以太網(wǎng)交換機底盤，僅需升級線路卡和收發(fā)器。部署CFP尺寸收發(fā)器后，可以靈活地從40G以太網(wǎng)遷移至100G以太網(wǎng)。

4 40G光接口

      40G以太網(wǎng)收發(fā)器是按照幾個標準尺寸開發(fā)的。CFP（C型可插入）收發(fā)器擁有12個10Gb/s發(fā)射通道和12個10Gb/s接收通道，只支持一個100G以太網(wǎng)端口或最多三個40G以太網(wǎng)端口。其尺寸較大，適合單模光纜，也可輕松地匹配多模光纜或銅纜。CXP尺寸的收發(fā)器也在每個方向上提供12個通道，但比CFP小很多，適合多模光纜和銅纜。QSFP（四通道小型可插入）與CXP尺寸相當，提供4個發(fā)射通道和4個接收通道，支持目前的40G以太網(wǎng)多模、單模光纜和銅纜應(yīng)用。QSFP+還可能在通道速率增至25Gb/s后投入100GE應(yīng)用。

      其中，QSFP+光傳輸收發(fā)器模塊由于功耗低、尺寸小，更能夠廣泛應(yīng)用于云計算、數(shù)據(jù)中心、企業(yè)網(wǎng)、局域網(wǎng)（LAN）和存儲局域網(wǎng)（SAN）等應(yīng)用領(lǐng)域，該新模塊適用于長、短距離傳輸。其主要特性如下：

 體積�。翰捎冒雽�(dǎo)體封裝技術(shù)，內(nèi)置4個激光器、探測器，可以支持客戶高密度單板的需求

 熱插拔：需要增加帶寬時網(wǎng)絡(luò)運營商可以在不中斷網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的情況下增加新的QSFP+ 模塊。

 低功耗：功耗低于3.5瓦，而舊式CFP模塊功耗為8瓦。

 長距離：高達10公里的企業(yè)網(wǎng)、LAN、SAN和電信網(wǎng)絡(luò)的客戶端光纖傳輸距離。

      目前，常見的QSFP+光傳輸收發(fā)器模塊主要有三種：

1) 40GBASE-CR4

短距離銅纜方案，最大長度大約7米左右。

圖4：40GBASE-CR4

2) 40GBASE-SR4

      用于短距離多模光纖，長度至少在100米以上。光纖接口為MPO/MTP，光纖類型為多模萬兆OM3/OM4。

圖5：40GBASE-SR4相關(guān)

3) 40GBASE-LR4

      使用單模光纖，距離超過10公里。光模塊產(chǎn)生四種不同波長的光，以10G速度調(diào)制信號，再將其組合成一條光纖供客戶端網(wǎng)絡(luò)傳輸。該模塊也可以接收四光通道并重建40G信號，提供最長傳輸距離10公里的40G全收發(fā)器能力。

圖6：40GBASE-LR4相關(guān)

5 瑞斯康達40G萬兆交換機

      ISCOM3948XF-4Q交換機是瑞斯康達自主開發(fā)的數(shù)據(jù)中心級高密40G萬兆以太網(wǎng)交換機產(chǎn)品，是業(yè)內(nèi)最高性能的交換機之一，同時提供最多2 4 / 4 8 個全線速萬兆接口以及4個40G上聯(lián)口，使萬兆服務(wù)器高度接入和園區(qū)網(wǎng)高密度萬兆匯聚成為可能。

      ISCOM3948XF-4Q交換機采用業(yè)界先進的硬件設(shè)計，支持豐富的業(yè)務(wù)特性、完善的安全控制策略、豐富的QoS等特性以滿足數(shù)據(jù)中心擴展性、可靠性、可管理性、安全性等諸多挑戰(zhàn)。同時模塊化的雙電源、雙風扇（前后/后前風道）設(shè)計大幅提升設(shè)備的可靠性。ISCOM3948XF-4Q交換機定位于下一代數(shù)據(jù)中心及云計算網(wǎng)絡(luò)中的高密萬兆接入，也可用于企業(yè)網(wǎng)、城域網(wǎng)的核心或匯聚。

圖7：ISCOM3948XF-4Q

5.1 產(chǎn)品特點

 性能卓越

 1.28T交換容量

 全線速交換包轉(zhuǎn)發(fā)率達到952.32Mpps

 萬兆光纖支持最大80公里的遠距離傳輸，可直接連入城域骨干網(wǎng)

 安全可靠

 限制端口最大連接主機數(shù)量

 支持IEEE802.1x，提供基于端口的用戶認證

 以太網(wǎng)接口進行多路綁定，增加帶寬和系統(tǒng)冗余

 強大的ACL，支持L2-L4層數(shù)據(jù)過濾

 支持QinQ、靈活QinQ功能

 使用維護方便

 采用集群技術(shù)，利用統(tǒng)一的IP地址進行集中管理，節(jié)省地址資源

 可以通過控制口、Web、SNMP等多種方式管理

 可以通過TFTP進行軟件升級和BootRom升級

 支持DHCP服務(wù)器和中繼功能，動態(tài)分配IP地址

 支持SFP標準化接口，有效保護用戶投資

 提供冗余電源及冗余風扇，增加系統(tǒng)可靠性

 強大的流量和廣播管理

 自動檢測并抑制廣播風暴，支持IGMP報文的偵測，有效限制廣播報文的泛濫

 支持全雙工模式和半雙工模式的流量控制

 支持以太網(wǎng)接口以8K為步長的速率限制

 支持IP組播和QoS

5.2 技術(shù)參數(shù)