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25G以太网——未来网络的新趋势

2020年03月24日 2355


随着数据中心对带宽的需求增加,网络速率正在朝着更高速率发展,势必存在网络升级的需求。网络从10G向100G过渡有两种升级路径,即10G-25G-100G和10G-40G-100G,最终用户似乎更看好25G,这是为什么呢?

25以太网的兴起

数据中心TOR交换机已普遍切换成10G,随着虚拟化和云计算的发展,IEEE批准了40G和100G标准来满足更高带宽的需求。但是将数据中心TOR交换机切换到40G需要较高的成本,并且将造成一定的功耗,而直接部署100G相当困难且成本更高。

因此,基于IEEE 100GbE标准,IEEE 802.3制定了新的25G以太网标准,单通道可实现25Gbps 速率,可通过4*25Gbps实现100G传输,一定程度上降低了升级成本,为数据中心升级带来了便利。

25G以太网常用的线缆类型

25GbE支持两种封装:SFP28(1*25Gbps )和QSFP28(4*25Gbps),常见的光模块为25G SFP28。25G SFP28光模块分为不同的型号,不同的型号连接不同的线缆,例如电口封装与网线相连、25G-SFP28-SR与多模光纤相连,另外还有25G DAC、25G AOC用于机架上交换机之间和机架之间的连接,详细信息可见下表1。

线缆类型 模块型号 传输距离 纠错功能
多模光纤 25GBASE-SR OM3-70米 RS-FEC
高速线缆 25GBASE-CR 5米 BASE-R FEC/RS-FEC
高速线缆 25GBASE-CR-S 3米 BASE-R FEC/RS-FEC
网线 25GBASE-T 30米

表1:25G接口规范

为什么选择25G以太网?

25G以太网可弥补10G以太网带宽不足、40G以太网成本较高的问题,总体来看具有以下优势。

25G SerDes通道数少,节省光纤资源

SerDes是串行器和解串器的简称,它是一种主流的时多分复用、点对点的串行技术,在发送端多路低速并行信号被转换成高速串行信号,在接收端高速串行信号被转换成低速信号。目前SerDes的速率可达到25Gbps,因此只需要一个25Gbps的SerDes通道就能实现25G连接,而40G连接需要4个10Gbps的SerDes通道才能实现,两个40G之间的连接会多出4对光纤,消耗光纤资源。

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图片1:不同以太网之间的光纤通道数

25G网卡用于PCle通道利用率更高

目前,主流的Intel Xeon CPU 仅提供40通道的PCle(PCle 3.0),单通道带宽约为8Gbps,这些通道不仅用于CPU和网卡之间的通信,还用于RAID卡、GPU卡和所有其他外围卡之间的通信,因此有必要提高网卡对有限PCle通道的利用率。

单个40G网卡至少需要PCle 3.0*8通道,那么两端同时运行实际的通道带宽利用率为40G*2/(8G*16)=62.5%,而25G网卡仅需要一个PCle*8通道,则利用率为25*2/(8G*8)=78%。显然就PCle通道而言,25G比40G更高效灵活。

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图2:25G网卡部署

25G网络布线成本低

40G网络使用QSFP+光模块和MTP/MPO光纤跳线连接,而该布线方案与10G网络不兼容,如果从10G升级成40G,则需要重新进行布线,成本较大并且资源浪费。相比之下,25G网络采用的SFP28光模块,搭配10G网络的LC跳线可运行,如果从10G升级到25G,可避免重复布线,既省时又省钱。

25G对于交换机I/O(输入输出)的优势

首先,25G以太网具有出色的交换机I/O性能和结构能力,其速率是10G的2.5倍,能够增加交换机端口密度和扩展性;其次,和40G相比,通过减少交换机、电源、散热和布线设备的数量,可减少资本支出与运营支出;另外,25G标准在100G标准上建立,可通过4个25Gbps通道实现100G,减少交换机成本支出。

25G以太网的发展趋势

在过去几年中,25G以太网获得了越来越多的认可,特别是5G网络的部署以来。25G光模块等产品得到了较大发展,25G适配器也可以以10G速率运行,25G交换机提供了更便捷的方式进行网络升级,因此2020年25G有望拥有更加广阔的市场。

结论

从市场情况和以上分析,25G以太网因为成本低,功耗低,带宽高似乎都是未来网络新趋势,预计它将在未来进一步扩大影响。

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