Technologie de commutation Ethernet 10 Gigabit pour les entreprises

Présentation de la technologie

Propriété de couche MAC

Étant donné que l'Ethernet 10 Gigabit fait toujours partie d'Ethernet, il peut tirer parti de la technologie Ethernet qui a évolué au fil des ans pour simplifier le processus de migration vers cette technologie plus rapide. Comme les précédents Fast Ethernet et Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet utilise le protocole MAC Ethernet IEEE 802.3, le format de trame Ethernet et la taille de trame. Il prend en charge les services Ethernet standard tels que l'agrégation de liens 802.3ad, qui peut agréger jusqu'à huit liens Ethernet 10 Gigabit sur une seule connexion virtuelle 80 Gbit/s. Étant donné que 10 Gigabit Ethernet est également une technologie peer-to-peer en duplex intégral, il peut prendre en charge le trafic provenant des deux extrémités de la liaison sans provoquer de collisions de paquets. Par conséquent, il n'a pas de limite de distance inhérente. La distance de liaison maximale dépend du mécanisme de transport et de la fibre du support de transmission et ne dépend pas de la portée du domaine de collision Ethernet.

Attribut de couche physique

Conventions de nommage et étendue des travaux pour les interfaces génériques

Lorsqu'un nouveau type de technologie Ethernet est sorti, l'une des premières questions posées était : « Jusqu'où peut-il voyager ? Identique aux technologies Ethernet précédentes, la distance de transmission du Gigabit Ethernet dépend du type d'interface physique utilisé par l'utilisateur. Il existe de nombreuses interfaces Gigabit Ethernet disponibles, les utilisateurs ont donc besoin d'une convention de dénomination uniforme pour faire la distinction entre les différentes interfaces de fibre, les types de fibre et les distances de transmission.

Aspect

L'interface enfichable 10 Gigabit Ethernet a une variété de formes, telles que XENPAK, X2 et XFP. Du point de vue du déploiement, les principales différences entre ces apparences sont : 1) la largeur de l'interface physique 10 Gigabit Ethernet prise en charge par une apparence donnée ; 2) la taille physique. Par exemple, le facteur de forme XFP ne prend actuellement pas en charge les modules de transmission optique 10GBASE-LX4 et 10BASE-CX4 en raison de contraintes d'espace. Tant que le 10 Gigabit Types d'interface physique Ethernet (tels que 10GBASE-LX4 ou 10GBASE-SR) aux deux extrémités du lien sont identiques, différents types d'interfaces peuvent interopérer en transmission optique.

Les avantages de 10 Gigabit Ethernet par rapport à l'agrégation de plusieurs liaisons Gigabit Ethernet :

• Réduction de l'utilisation de la fibre : un ensemble de liaisons 10 Gigabit Ethernet utilise moins que l'agrégation Gigabit Ethernet. Ce dernier nécessite un bundle fibre pour chaque liaison Gigabit Ethernet. Cet avantage de 10 Gigabit Ethernet peut réduire la complexité de câblage du centre de données. Pour les environnements de campus qui peuvent ne pas être en mesure de poser plus de fibre pour le coût, 10 Gigabit Ethernet peut utiliser le câblage fibre existant de manière plus efficace.

• Prise en charge plus puissante des flux de données volumineux – En raison des exigences de séquençage des paquets des périphériques finaux, les liaisons qui regroupent les liaisons Gigabit Ethernet ne prennent en charge que les flux de données de 1 Gbit/s. En revanche, en raison de la capacité plus élevée d'une seule liaison 10 Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet peut prendre en charge plus efficacement les applications qui génèrent plusieurs flux Gb.

• Durée de vie de déploiement plus longue – 10 Gigabit Ethernet peut offrir une plus grande évolutivité que plusieurs liaisons Ethernet gigabit pour une durée de vie de déploiement prolongée. Jusqu'à huit liaisons Ethernet 10 Gigabit peuvent être agrégées en une seule connexion virtuelle 80 Gbit/s.

Scénario d'application d'entreprise de 10 Gigabit Ethernet

10 Gigabit Ethernet peut désormais être déployé sur le câblage fibre existant du centre de données à la liaison montante de l'armoire de câblage. À mesure que la bande passante de connexion du terminal augmente, le déploiement 10 Gigabit Ethernet peut continuer à s'étendre au-delà du cœur du réseau, améliorant ainsi l'évolutivité du réseau. Ces déploiements étendus ont considérablement augmenté la surutilisation des liaisons montantes dans l'armoire de câblage, d'autant plus que plus de 90 % du trafic inter-câblage passera par la liaison montante du nord au sud.

À la fin des années 1990, il était courant de déployer l'Ethernet 10/100 pour les ordinateurs de bureau avec des liaisons montantes Gigabit Ethernet redondantes. Supposons que 192 utilisateurs soient connectés à chaque commutateur. Dans ce cas, le taux d'utilisation excédentaire est d'environ 19:1. Selon les exigences des meilleures pratiques de conception de réseau standard, l'utilisation excessive de la bande passante dans l'armoire de câblage doit être comprise entre 15:1 et 20:1, de sorte que cette pratique ne dépasse pas le champ d'application de la réglementation. Cependant, avec la popularité croissante du Gigabit Ethernet sur les ordinateurs de bureau ces dernières années, ces taux d'utilisation excédentaires ont rapidement atteint 48:1, voire 96:1. Même si la liaison montante de l'armoire de câblage est passée à deux ou quatre canaux Gigabit Ethernet, la situation n'a pas changé. Déploiement de liaisons montantes 10 Gigabit Ethernet pour les solutions de commutation aide à restaurer l'utilisation excessive de l'armoire de câblage selon les exigences des meilleures pratiques de conception de réseau et étend encore la capacité de la bande passante pour répondre aux besoins futurs.

Application de bureau

Les déploiements 10 Gigabit Ethernet dans toute l'entreprise peuvent prendre en charge un nombre croissant d'applications de bureau. Ces applications ont considérablement augmenté les besoins en bande passante de l'entreprise, notamment :

Charge totale de données de bureau

Alors que les charges de travail des postes de travail continuent de croître (comme le montre la figure 3) et que les nouvelles applications exigent des bandes passantes plus élevées, les besoins en bande passante totale de chaque poste de travail continuent d'augmenter. Par exemple, les applications de sauvegarde sur PC sont particulièrement importantes car de plus en plus d'employés s'appuient sur les dernières données PC. En effectuant des tâches de sauvegarde automatiquement, plutôt que par les utilisateurs, peut réduire la perte de données et augmenter la fréquence de sauvegarde. Les sauvegardes fréquentes sur PC de tous les postes de travail d'une entreprise imposent une lourde charge au réseau, en particulier compte tenu de l'impact de l'augmentation de la taille des fichiers (tels que les fichiers de données Microsoft Outlook et les présentations PowerPoint). En outre, les entreprises passent des applications client/serveur traditionnelles (c'est-à-dire utilisant des clients dédiés volumineux sur chaque poste de travail) à des applications Web (qui utilisent un simple navigateur standard sur chaque poste de travail) pour tirer parti des avantages économiques. de la technologie Web dans les opérations et le développement.

• Applications vidéo IP

– De nombreuses entreprises déploient des applications vidéo IP à large bande passante pour augmenter la productivité et réduire les coûts d'exploitation. Par exemple, l'apprentissage en ligne permet aux employés d'accéder à des informations importantes sur la formation 24 heures sur 7 et XNUMX jours sur XNUMX à faible coût, d'accéder à une formation commerciale en temps opportun et à une formation rapide sur la façon de fournir des services, des cours, des compétences et une formation réglementaire pour améliorer la productivité des employés. La communication vidéo IP entre l'entreprise et la direction contribue à renforcer le consensus des employés de l'entreprise sur les objectifs de l'entreprise et à améliorer le moral des employés. C'est aussi un moyen extrêmement efficace de favoriser la communication au sein des entreprises multinationales. Les solutions de vidéosurveillance IP sont utilisées pour augmenter la visibilité de la sécurité et accélérer la récupération et l'analyse des données archivées. Pour ceux qui ont besoin d'une communication en face à face mais qui n'ont pas le temps de se rendre à l'endroit désigné, la vidéoconférence IP peut les collaborer efficacement. Toutes ces applications vidéo IP sont capables de générer plusieurs flux vidéo IP jusqu'à plusieurs Go, selon la qualité de la qualité vidéo que l'entreprise souhaite atteindre. Cela prendra sans aucun doute beaucoup de bande passante réseau.

• Applications spécifiques à l'industrie

– De nombreuses industries ont des applications personnalisées qui nécessitent une capacité de bande passante importante et des performances élevées. Que ces applications soient en cluster ou basées sur le modèle client-serveur, 10 Gigabit Ethernet peut rapidement améliorer les performances du réseau. Par exemple, dans l'industrie médicale, les applications d'imagerie numérique (telles que les systèmes d'archivage d'images [PACS]) sont souvent utilisées pour réduire les coûts, réduire le temps d'acquisition et d'analyse des images médicales (telles que les rayons X, l'IRM et les tomodensitogrammes) et améliorer la productivité des professionnels de la santé. Dans les secteurs des médias et de la publicité, les applications vidéo numériques peuvent aider les entreprises à produire efficacement des clips vidéo, à les monter et à les réviser au sein d'équipes dispersées. Dans l'industrie manufacturière, de plus en plus de fichiers de conception CAO et FAO volumineux doivent être partagés entre les membres de l'équipe à différents endroits. Dans le secteur financier, le besoin continu d'informations financières plus précieuses et en temps réel a encore accru le besoin de performances réseau.

Réseau de stockage

Poussée par des applications telles que le service client, la messagerie, le commerce électronique, le contenu multimédia en ligne et le contenu d'annuaire, la demande des entreprises en matière de capacité de stockage n'a cessé de croître. Une telle « explosion de l'information » exige que le service informatique et les gestionnaires trouvent des moyens d'accéder, de gérer et de protéger les données de manière rentable.

Passer d'un stockage en attachement direct centré sur le serveur à un stockage partagé centré sur le réseau est une stratégie importante pour atteindre ces objectifs. Le partage du stockage en réseau dans les centres de données, les réseaux métropolitains et les entreprises peut apporter les avantages suivants :

• Maximiser l'utilisation des ressources de stockage et d'information de manière partagée

• Simplifier la gestion de l'environnement de stockage

• Minimisez le coût total de possession (TCO) de votre stockage

• Améliorer la disponibilité et l'intégrité des données

Avec 10 Gigabit Ethernet, les responsables informatiques peuvent désormais faire passer leurs environnements de stockage réseau au niveau supérieur et tirer parti de la mise en réseau basée sur Ethernet pour prendre en charge les solutions de stockage les plus exigeantes, telles que :

• Améliorer la durabilité de l'entreprise grâce à la sauvegarde du centre de données et à la reprise après sinistre

–Pour répondre à des exigences commerciales strictes, les entreprises ont été mises au défi de développer des stratégies de continuité des activités et de reprise après sinistre rentables, sécurisées et évolutives. Un facteur important pour que les entreprises adoptent des réseaux de stockage métropolitains est qu'elles doivent établir une sauvegarde et une mise en miroir à distance sur des emplacements distants pour étendre les centres de données qui ont atteint les limites de capacité, ou pour centraliser les ressources des centres de données sur plusieurs campus ou emplacements. La capacité de transmission à distance de 10 Gigabit Ethernet permet aux entreprises de fournir une connectivité réseau à haut débit entre deux emplacements distants de 80 kilomètres. La distance de transmission peut être encore étendue en utilisant un amplificateur optique et un compensateur de dispersion. Ainsi, les entreprises peuvent prendre en charge plusieurs campus dans cette plage, permettant le stockage vers le serveur et les transferts de données de stockage à stockage. Avec la bande passante élevée, la faible latence et la sécurité offGrâce à l'Ethernet 10 Gigabit et à la commutation intelligente, les entreprises peuvent transférer plus facilement et en toute transparence des données entre les composants distants des systèmes de stockage d'entreprise. La figure 4 montre une infrastructure Ethernet 10 Gigabits qui prend en charge toutes les solutions et technologies de zone métropolitaine basées sur IP, y compris le stockage en réseau (NAS), l'interface Internet Small Computer System (iSCSI) et le Fibre Channel basé sur IP (FCIP). ) et le protocole de gestion de données réseau (NDMP).

Pour les agrégations nécessitant une bande passante plus élevée, des distances de transmission plus longues, une latence plus faible et des déploiements prenant en charge des technologies non IP (telles que Fibre Channel ou le protocole Enterprise System Connectivity [ESCON] d'IBM), Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) dans le réseau métropolitain (MAN) fournit un accès au stockage et des capacités de transport à haute capacité et indépendants du protocole. Les principales applications de stockage pour ce réseau métropolitain basé sur la fibre comprennent la sauvegarde, la mise en miroir à distance, la reprise après sinistre, le clustering et l'externalisation du stockage. La mise en miroir synchrone nécessite une latence extrêmement faible et une bande passante élevée, et 10 Gigabit Ethernet offre une combinaison idéale de ces éléments pour répondre à ce besoin métier essentiel.

Figure 5. 10 Gigabit Ethernet pour le partage et la consolidation des données NAS :

Figure 6. 10 Gigabit Ethernet pour une capacité de déploiement de consolidation de stockage accrue :

Informatique en cluster et en grille

Le clustering et le calcul en grille sont conçus pour répondre aux exigences des applications qui nécessitent un calcul CPU, un traitement des tâches et des transferts d'E/S étendus. Ces applications nécessitent plusieurs serveurs pour terminer efficacement la charge de travail. Le clustering offre un moyen rentable d'étendre les exigences de calcul à plusieurs serveurs, permettant à plusieurs nœuds de calcul de fonctionner ensemble en tant que nœud de calcul volumineux et virtuel. Les applications en cluster peuvent être extrêmement sensibles aux performances d'interconnexion entre les nœuds de calcul et donc imposer des exigences élevées à l'infrastructure réseau connectant ces nœuds. Ainsi, les applications en cluster peuvent être prises en charge en maximisant les performances du réseau avec la faible latence de 10 Gigabit Ethernet. Pour minimiser la latence du serveur et la charge du processeur, les entreprises commencent à adopter de nouvelles technologies côté serveur telles que l'accélération des E/S au niveau du système, TCP/IP offmoteur de chargement (TOE) et accès direct à la mémoire à distance (RDMA). Ces avancées significatives dans les performances des réseaux et des serveurs peuvent également bénéficier des avantages d'interopérabilité, de gestion et de protection des investissements des technologies Ethernet et IP largement déployées.
Bien que les déploiements de clusters informatiques soient principalement utilisés par les instituts de recherche, de plus en plus d'organisations commerciales adoptent cette technologie. Les fournisseurs de bases de données et de serveurs d'applications ont ajouté la prise en charge de l'informatique en cluster à leurs produits. L'informatique en grappe est également largement utilisée dans d'autres applications de calcul haute performance (HPC) telles que l'analyse et la modélisation financières, l'exploration et l'analyse du pétrole et du gaz et la modélisation technique.

Figure 7. 10 Gigabit Ethernet pour le clustering et le calcul en grille :

Résumé

Le déploiement de 10 Gigabit Ethernet se développe rapidement en raison du prix, des objectifs de performances, de la prise en charge de nouvelles interfaces fibre optique pour des déploiements plus larges et de l'augmentation des besoins en bande passante pour les nouvelles applications. Cependant, 10 Gigabit Ethernet n'est qu'une interface réseau pour une gamme plus large de solutions de commutation. Un déploiement 10 Gigabit Ethernet réussi combine certains services de commutation intelligents de premier plan tels que la sécurité intégrée, la haute disponibilité, l'optimisation de la livraison et la gérabilité améliorée pour fournir le support nécessaire aux nouvelles applications. En outre, pour minimiser les coûts, les entreprises doivent tirer pleinement parti des investissements d'échange existants dans les modules, châssis et autres composants lors de la transition vers 10 Gigabit Ethernet.