升级到100G——高端核心交换机平台购买指南

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在网络设备厂商开启向高端交换机靠拢的产品策略时，企业核心业务和应用对高带宽网络的需求也开始高涨，二者作用的结果，就是眼下在标准通过之前特殊时期内的100G市场需求。为应对“每天超过10亿次以上的交易和PB级的数据量”，纽约证券交易所决定在2010年开始部署100Gbps的数据网络。与此同时，Verizon公司正在积极开展100G网络能力的测试工作，以期在2010年将美国主干网络线路都升级到100Gbps。不论是大型企业还是运营商，开始接触100G以太网的用户正逐渐增多。根据市场研究公司Infonetics Research公司发布的2009年10G/40G/100G市场规模和预测报告，2008年企业和服务供应商网络设备的10G和40G光载波和以太网端口年出货量增长了86%，为全球制造商提供了108亿美元的收入；全球10G、40G和100G网络设备端口销售收入将会在未来5年内强劲增长，企业和服务供应商预计在2008和2013年之间累计花费1050亿美元。

潜在用户群

数据中心•运营商•园区网

当IEEE 802.3高速研究小组（HSSG）在2006年将100G列为下个以太网标准时恐怕没有想到，在短短的两三年时间里，高端用户对100G的需求就已经到了“迫切”的程度，他们甚至已经等不及802.3ba标准在明年的最后获得了。

目前业界比较一致的观点是，未来用户对于100G高端交换机的需求将大量集中在数据中心应用领域，以解决大流量数据传输的问题。而在数据传输的高速率和大流量背景下，运营商与数据中心自然结成了互相依存的关系。实际上，随着互联网应用的发展，以及3G、Wi-Fi、WiMAX等无线宽带技术的兴盛，运营商也是较早预见到高带宽设备需求，并期盼有相应标准予以支撑的用户。同时，大型企业的园区网核心交换平台，也将成为100G交换机庞大的潜在市场。当然，如果再做一些延伸的话，还可以进一步涵盖到互联网核心节点、教育机构、搜索引擎、大型网站、高性能计算等领域，其中有不少用户都在积极测试和部署100G平台。

正如Force10公司营销副总裁Steve Garrison所说，“100G标准和技术的发展本身就来自于高端用户需求的推动，如果现在有100G成熟产品，他们马上就会去买。”比如Yahoo、YouTube、Sprint这些对网络带宽有着非常高要求的公司，以及美国、欧洲的几大互联网交换节点都期盼着早日部署100G网络设备。根据2008年11月的数据，位于阿姆斯特丹的互联网交换节点甚至达到了每天增加600G流量的水平。

IDC中国电信研究部分析师李博对此也表示认同：“最早应用100G的应该是运营商和大型IDC机房。用户关注更多的不是产品，而是100G能给他们带来的真正作用，对业务能有多大的改善。”根据IDC的预期，在运营商市场方面，由于今明两年将是国内3G网络建设的高峰期，相关建设将带动以太网交换机和路由器的市场增长。但企业市场中很多IT采购都放慢了脚步，从今年上半年对厂商和相关渠道的了解来看，情况仍然没有好转，预计2009年将呈现出一个比较平稳的态势，市场增长的速度会下降很多。

从去年开始，支持100G的交换机平台产品就开始频频亮相。首先是去年年初思科发布的Nexus 7000数据中心交换机；接下来Extreme在去年年底发布了BlackDiamond 20808城域以太网传输交换机；今年2月份，迈普推出MyPower S8900系列十万兆高端电信级以太网交换机；最近，H3C的数据中心级核心交换机S12500也在2009美国拉斯维加斯Interop展上亮相。一时间，面向100G升级的高端核心交换机充斥着市场，这些100G平台交换机又有何独特之处，用户应该如何选择呢？

100G如何实现

背板•端口•交换矩阵

说到100G，大家首先想到的一定是高速率网络传输能力，以及在单一的802.3ba标准上对40G和100G两种不同速率的支持。具体到100G交换机产品，大家往往更加关心标准化规范、40G/100G端口支持能力、兼容性、能耗比、价格比等方面的问题。那么，与以往的千兆/万兆系列交换机设备相比，业界对于100G高端交换机平台在技术和功能上的独特之处又是如何认识的呢？

H3C网络产品部总工程师赵晓轩认为，100G的独特之处首先在于“以太网的带宽需求和芯片技术发展不匹配”——以太网的带宽需求每18个月翻10倍，而芯片的处理能力每18个月才翻1倍，需要在100G背板设计技术上的突破，以及对多核多线程“均流处理”的充分利用。其次，要最大化地满足应用需求，确保报文可靠传送且不丢包，还需要上层协议最大化地减少报文重传，以及最大化地利用端口带宽。此外，对高密万兆承载、40G/100G以太网端口支持、虚拟化、系统容量的无缝扩展等方面也要特别考虑。

对此，100G交换机应采用多级多平面的交换体系架构，通过多个交换平面来实现单机系统的大容量，使得报文在物理上均分在每个平面并行转发，从而杜绝传统报文在单平面的转发拥塞。“这样就真正做到了100G的背板设计，而不是10个万兆捆绑的设计。”赵晓轩表示，“由于传统的高端交换机基于万兆背板，还存在背板转发不均流的现象，使得100G端口无法跑到线速的问题。”此外，每个端口具备多级QoS队列和200ms的包缓存能力，可最大化地解决网络的端口拥塞和效率问题。通过H3C创新的IRF技术，还使得多台设备虚拟化成一台设备，既简化了管理，又使得系统容量可以随着设备的增加不断叠加。

瞻博网络公司系统工程师卓林则重点提到10G的迅猛发展：“由于存在高密度的10G接入需求，汇聚的流量和业务也越来越多，因此100G交换机必须具备大容量、高稳定性和虚拟化等特点。此外，端口容量的增加对交换机整机容量和性能提出更高的要求，这就需要采用更先进的高集成技术来实现100G。而由于市场上的普通商用芯片无法满足100G的需求，也迫使100G设备厂商采用自主研发的芯片为基础，去定制能处理高速接口的芯片。”此外，业务需求实的多元化，还要求核心网络设备支持虚拟路由器等技术。虚拟化另一个发展趋势是多台设备组成虚拟机柜，也可以提高网络容量和性能，从而降低故障率。

Force10公司副总裁、首席科学家Joel Goergen列举了实现100G的几个关键因素：首先是电到光的链路转换设备的选择，需要在原来适用于千兆和万兆链路的2.5G转换设备上有一个10倍的提升。其次是包处理和包检索水平，这也是高速交换机和路由器的核心技术之一。而要实现如此快速的包处理和包检索，必须自己研发一个高端芯片来实现，目前市场上没有其他任何现成的技术可用。接下来是背板和光接口技术，要在高速率情况下保证信号的准确和完整性。背板的信号性能（包括信号准确性、误码率、信噪比等）也非常关键，当传输速率很快的时候，设备的时钟速率和传输流量都非常大，所有流量都要通过背板的链路连接到每个槽位，进而到交换矩阵。交换矩阵是交换平台的核心部分，所有流量都要通过它，且速率比原来要求高很多，需要给未来的发展留下冗余空间。比如在多机箱级联的情况下，背板要有足够的容量，将这个机箱的容量无阻塞地传到另一个机箱去。最后一个关键因素是供电、制冷和电磁辐射的屏蔽。时钟速率越快，功耗就越高，对制冷的要求也就越高，同时频率越高，电磁辐射屏蔽的实现也越来越难。Goergen表示，“这些100G的关键技术涉及到产业链上的很多厂商，不光是系统厂商，还有配件厂商和基础技术研究厂商，配合在一起逐一解决这些技术点，才能做出一个100G来。”

博科公司在收购Foundry后也加入到100G交换机俱乐部当中，该公司高级技术顾问谷增云将100G高端交换机平台分为两个阶段：第一阶段是单板至少支持10个线速10G，要实现高于10G的带宽就需要进行N×10G的捆绑；第二阶段就是单板支持一个或多个100G。“要达到这个目标，首先要提高设备的交换容量，包括整机的交换容量和单板的交换容量。”谷增云介绍说，“以往主流的千兆/万兆系列交换机，整机的交换容量在720Gbps～1.4Tbps之间，单板最大交换容量为40Gbps，因此要单板支持无阻塞的100G以太网接口，就需要整机的交换容量至少扩大2.5倍，单槽位的交换容量相应也要提高2.5倍以上。如此高的传输速率，就需要对光接口、物理层和MAC层、包处理器以及流量管理和调度部分、交换机的背板、交换矩阵进行重新设计。”

具体来说，对于100G的光接口部分，需要考虑色散补偿和极化色散。在物理层和MAC层部分，可以考虑保持802.3的帧格式以及对最大最小包长的定义，另外还要能够对单一的100G信号进行处理以及进行CRC校验。包处理以及流量管理和调度部分，则需要考虑对内存的访问带宽、速度、耗电量以及多个循环的包处理能力，这就需要提高内存的访问频率以及增加芯片的数量。对于交换机的背板，博科采用高速的serdes背板信号技术以及第四代clos交换矩阵技术满足100G以太网的要求。而各个关键部分都需要更为先进的半导体技术，一个100G接口需要150Mpps的包处理能力，如此快的处理速度对芯片的耗电量和成本都是一个很大的挑战，要克服上述两个问题使用65nm工艺相对较困难，而45nm工艺水平在2010年左右达到成熟，提高更高的芯片之间的传输速率和内存的访问带宽以及降低耗电量。