数据中心网络带宽的极限在哪里?

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访客:6615  发表于:2017-04-10 09:43:29

数据中心网络带宽的极限在哪里?

网络是数据中心最为重要的组成部分,完成了所有设备之间的互连,并让各种数据在不同设备之间畅通传递,包括现在火热的云计算、大数据及虚拟化技术都要依仗网络。有些时候,网络带宽的高低已成为了影响数据中心业务部署发展最为关键的因素。网络带宽就像服务器CPU的计算能力一样,在固定大小面积的一块芯片上要提升计算能力,需要不断在技术上寻求突破,对于网络带宽同样如此,单端口带宽是决定网络带宽水平的重要依据。当然,我们可以通过多链路捆绑以达到更高的带宽,但这样不仅浪费传输线路,而且对带宽并没有明显提升。比如:我们可以将四个10G端口做链路捆绑,得到40G总带宽,但线路要铺设四条,如果用40G端口,一个端口就能够满足,而且若四个40G端口做链路捆绑就能够得到160G的带宽。这样,通过提升单端口带宽得到的效果最显著,所以很多数据中心都在追求更高的单端口带宽技术。

数据中心网络主要采用以太网协议转发技术,回望这几十年的以太网发展史,网络带宽已经从最开始的1M发展到现在的100G。数据显示,2016年,全球100G光模块的出货量接近100万只,100G光模块销售额也达到了11.5亿美元,相比2015年的4.6亿美元,增幅高达150%,2017年仍将继续保持高速增长。要知道40G/100G的标准IEEE802.3ba也仅是在2010年6月才发布,距今还不到7年,可以太网从诞生到现在也不过才44年,从1M到10G用了三十年,而40G/100G也就发展了十年而已,速度提升的越来越快。如今40G端口已经成为数据中心的标配,作为数据中心的出口,40G 的光模块出货量基本和10G持平,很快可以超越10G。而在一些大型数据中心,40G端口只能作为接入,用100G端口作为出口与广域网互连,这样一下子大大提升了网络带宽。虽然100G的价格依然比10G和40G高出不少,但依然阻挡不了数据中心对100G的旺盛需求。

随着100G大规模步入商用,很多人又瞄上了400G,甚至更高。其实在光纤里传输速度达到100G难度已经很大了,实现400G的难度将会更大。100G在技术实现上,实际上是将10G的光纤做捆绑,最多10根这样来达到100G的带宽,这里虽然在模块和光纤体积上有了明显缩小,但技术上并没有很大的突破。只是在速率打包上存在一些挑战而已。然而如果做400G还用光纤捆绑的方式就行不通了,那需要40根10G的光纤,因为已经很难再将10G光纤做得更细了,这必须要从根本上解决速率传输问题。400G面临的主要问题是传输距离和频谱效率的平衡问题。由于400G速率相对于100Gbit/S提升了4倍,如果采用与100G完全相同的技术,那么对于光电器件的带宽响应也要提升4倍,目前的器件无法满足。还有

速率提升到400G后,端口对于光信噪比的要求显著增高,这就意味着传输距离将会明显缩短。到目前为止,还没有看到能够很好解决这些问题的标准出台。虽然已经有三个比较明确的技术解决方案,但每种都有一些缺陷,更是达不到商用的程度,所以400G的标准出台也还要等待一些时日。早在2014年,IEEE802执行委员会就批准了400G以太网工作组成立,命令为P802.3bs。经过产业界各方的共同努力,草案D1.0已经于2015年9月推出,目前已经进入草案D3.0的征求意见阶段,预计在2017年底能够正式发布标准。随着有关标准的成熟推出,将为后续400G产业发展起到较大的推动作用。

实际上,网络带宽从1M到400G,提升的速度是越来越快了,尤其是1G之后,不到10年就能提升一个数量级。未来网络带宽能够达到多少,极限是多少,谁也说不清。曾有专家理论计算以太网传输速度的极限是1000G,即单端口传输速率无法超过1000G。这个依据的是香农理论,香农理论决定系统的频谱效率越高(容量越大),信号无误码传输需要的信噪比就越大,过大的信噪比会导致光传输距离大幅缩短,当端口速率达到1000G时,传输距离已经很近了,根本没法实用。不过美国加州大学圣巴巴拉分校在2015年就已经研发出1000G的端口带宽,并声称可以在2020年研发出10000G,即10T的以太网端口带宽,一举突破以太网理论速率限制,虽然没有说明传输距离有多远,但至少是可以理论实现的。如果这个真正变成现实的话,将彻底打破现有1000G速度理论极限的说法。其实我们回头看以往的科技历史,在万维网出现之前的20年间,以太网的速度增幅大约为10年左右一个量级:1973-83年为10Mbps,1993年为100Mbps,1998年为1G,2002年为10G,2013年为100G,一切在当时看都是不可能的事情,现在也都实现了,聪明的人类总是会找到解决问题的办法的。可以预计在2019-20年IEEE可能会成立1Tb(1000G)研究小组,然后到2023-24年,1Tb以太网标准也将会获得通过。20年后是10T以太网;30年后是100T;40年后将出现1Pb以太网。到那时下载一个4D大片也只需要1秒,瞬间完成。相信科技可以改变一切。

数据中心的网络带宽需求从未停止,伴随着移动设备的普及化、视频业务的流行化、移动互联的深入化,数据中心对带宽的需求只会持续增加。数据中心只能被动地去扩展网络容量,40G、100G、400G甚至1Tb都有可能,只要有需求,就会有人愿意去做这方面的技术研究,突破现有网络带宽的极限。在未来,数据中心网络带宽没有最高,只有更高。没有人知道未来网络带宽的极限是多少,也没有人能够预测,但只要有实际需求,只要数据中心带宽需求不断提升,就可能会出现新技术突破现有带宽限制,一切皆有可能!

文章来源:企业网D1Net

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