На пути к 25GBase-T

К необходимости рассмотрения нового стандарта Ethernet привело наличие рыночных стимулов вкупе с возможностями технической реализации этого стандарта. Участникам сформированной группы по изучению вопроса (Call for Interest, CFI) передачи трафика Ethernet со скоростью 25 Гбит/c по сбалансированной витой паре предстояло тщательно проанализировать все эти аспекты. Подавляющим большинством голосов было принято решение о формировании 25 Gb/s Study Group, в которую на принципах добровольного участия вошли 37 специалистов из 25 компаний. На завершающем пленарном заседании этот шаг не встретил никаких возражений. Это дало зеленый свет для проведения работ, которые в конечном счете привели к определению и утверждению целей стандарта 25GBase-T, получивших одобрение на завершающем пленарном заседании рабочей группы IEEE 802.3, состоявшемся 9 марта в Берлине.

МНОГОЧИСЛЕННЫЕ ДРАЙВЕРЫ РЫНКА

Для стандарта 25GBase-T четко определена «зона развертывания»: длина кабеля не должна превышать 30 м, что меньше, чем в существующем стандарте 10GBase-T для корпоративных локальных сетей, но больше, чем в ожидающем утверждения стандарте 40GBase-T для центров обработки данных. Во внимание принимались такие драйверы рынка, как использование облачных ресурсов вместо развертывания корпоративных серверов на площадке заказчика, ожидаемое увеличение скорости портов серверов, поддержка разных сред передачи данных, потенциальные технологии и оптимизация затрат.

Оценивая будущие тенденции перехода к облачным серверам, аналитики Dell-Oro в своем отчете по контроллерам и адаптерам (Controller and Adapter Report, июль 2014 года) предположили, что к 2018 году объемы поставок облачных и корпоративных серверов сравняются. Уже в 2014 году 25% всех проданных серверов предназначались для развертывания в облаке (см. рис. 1). Согласно прогнозу, в ближайшие годы облачные вычисления будут сохранять высокие темпы роста. При этом небольшое число игроков станут контролировать значительную долю рынка.

Рис. 1. Ожидаемое соотношение поставляемых облачных и корпоративных (устанавливаемых у заказчика) серверов до 2018 года

Анализ рынка — темпов переноса приложений и задач хранения данных на облачные серверы — показывает, что в ЦОДах переход на Ethernet 10 Гбит/с с использованием волоконно-оптического кабеля, твинаксиального кабеля с прямым подключением и медной витой пары практически завершен; все более распространенными становятся реализации Ethernet со скоростями 40 и100 Гбит/с на базе волоконно-оптического кабеля. Кроме того, рабочая группа Ethernet Task Force P802.3 успешно продемонстрировала большой рыночный потенциал Ethernet на 25 Гбит/с в соединениях «коммутатор – сервер». Стремительный прогресс наблюдается в разработке «одноканальной» спецификации Ethernet 25 Гбит/с для работы по твинаксиальной медной сборке для прямого подключения на расстоянии как минимум 5 м.

Стандарт 25GBase-T обеспечит обратную совместимость с технологией Base-T и позиционируется как экономичный вариант высокоскоростной технологии Ethernet в процессе перехода к 40GBase-T для подключения пограничных коммутаторов в ЦОДах на удалении до 30 м (например, в соединениях «коммутатор – сервер» в СКС на уровне ряда или в конфигурациях Top-of-Rack). Тем временем в серверах, устанавливаемых на площадках заказчиков, все еще доминирует 1000Base-T, хотя увеличивается число внедрений 10GBase-T и прогнозируется значительный рост 40GBase-T. После стандартизации 25GBase-T и выпуска разными вендорами соответствующего оборудования этот вариант станет привлекательным и экономичным для развертывания в подобных средах.

Как показано на рис. 2, аналитики Dell’Oro ожидают увеличения поставок серверных портов 10GBase-T (10 Гбит/с) с ростом скоростей передачи данных в ЦОДе. Хотя и далее будут использоваться прямые подключения QSFP+ и SFP+ на 10 Гбит/с по меди и оптике, в целом в серверных соединениях 10 Гбит/с будет по-прежнему преобладать 10GBase-T по сбалансированной витой паре. Это говорит о том, что необходимо наличие полного комплекта решений Base-T для поддержки миграции на 40 Гбит/с с использованием витой пары.

Рис. 2. Поставки 10-гигабитных портов с разными типами подключений (в млн шт.): SFP+оптическое волокно, SFP+медь, 10GBase-T

Что касается топологий ЦОДов, то было признано следующее: универсальной кабельной конфигурации не существует, и «правильный выбор» должен определяться архитектурой. Для одних пользователей в соединениях «коммутатор – сервер» подходит конфигурация Top-of-Rack (ToR), для других приложений или площадок предпочтительным выбором станут Middle-of-Row (MoR) и End-of-Row (EoR). Правильно выбранное решение позволяет увеличить экономическую эффективность, рационально использовать имеющиеся площади и обеспечить поддержку различных приложений. По сравнению с реализациями на основе прямого подключения посредством твинаксиальных кабелей, которые обычно применяются в конфигурации ToR, от стандарта 25GBase-T PHY ожидают поддержки намного более широкого спектра архитектур. Это позволит легко реализовать все типы соединений как между стойками, так и между серверами и коммутаторами в ряду.

Оптимизация затрат стала фокусной темой дискуссии в CFI, и скорость 25 Гбит/с была признана идеальным решением для оптимизации числа портов и увеличения совокупной пропускной способности в соединениях с серверами. Более того, существующие технологии микросхем 10GBase-T и появляющиеся 40GBase-T можно легко задействовать и оптимизировать для поддержки 25GBase-T внутри трансиверов.

Учитывая существующие драйверы рынка, участники завершающего пленарного заседания IEEE 802.3 в ноябре 2014 года пришли к выводу, что 25GBase-T является, по сути, необходимым шагом по переходу от гигабитной инфраструктуры к 10 Гбит/с, а в конечном счете и к 40 Гбит/с, причем с сохранением совместимости. 25GBase-T может способствовать оптимизации использования портов коммутаторов в широком спектре архитектур «сервер – коммутатор» и внедрению мощных модульных коммутаторов и увеличению числа портов. Кроме того, этот стандарт будет содействовать лучшему использованию портов по сравнению с прямым соединением по твинаксиальному кабелю на скорости 25 Гбит/с, когда длина ограничивается 5 м.

ВОЗМОЖНОСТЬ РЕАЛИЗАЦИИ

Что касается технической реализуемости 25GBase-T, то очевидно, что данное приложение может использовать проверенную технологию 10GBase-T, эволюционирующую для поддержки 40GBase-T. Например, сравнение параметров передачи 10GBase-T, 40GBase-T и 25GBase-T, в том числе скоростей передачи данных, уровня помех (например, эха, потерь NEXT и FEXT) и предельных значений сигнал/шум (SNR), показывает, что при длине кабеля 30 м 25GBase-T по сложности примерно соответствует 10GBase-T при длине 100 м (если принимать во внимание известные свойства).

Исходя из этого убедительного сравнения, можно утверждать, что для 25GBase-T подойдут те же каналы ISO/IEC Класс I/Класс II и TIA Категории 8 с двумя соединителями и сегменты с прямым подключением, которые определены в дополнении к проекту стандарта 40GBase-T — Draft 2.0 IEEE P802.3bq. Рабочая группа IEEE P802.3bq Task Force продемонстрировала возможность технической реализации 40GBase-T с использованием сигнализации 10GBase-T на частоте 3,2 ГГц. Таким образом, весьма вероятно, что 25GBase-T будет использовать сигнализацию 10GBase-T на частоте примерно 2,0 ГГц. Кроме того, модели физического канала (PHY), разработанные на текущий момент в IEEE P803.3bq для 40GBase-T, можно задействовать для оценки характеристик передатчика и приемника, параметров подавления помех, граничных значений SNR и управления питанием для 25GBase-T PHY.

ПОЧЕМУ СЕЙЧАС?

Этот вопрос заслуживает внимательного рассмотрения. В CFI подчеркивают, что стандарт 25GBase-T упустили из виду как критически важный пункт в процессе миграции на 40GBase-T по мере перехода корпоративных ЦОДов с 10GBase-T на более скоростные технологии. Как теперь известно, 25GBase-T позволит задействовать инвестиции в технологии 10GBase-T и 40GBase-T, а также соответствующие НИОКР, одновременно оптимизируя стоимость развертывания, поскольку скорости передачи данных в серверах и коммутаторах можно наращивать постепенно.

При использовании СКС на витой паре серверы и коммутаторы также смогут задействовать функцию автосогласования в Base-T. Она позволяет коммутаторам автоматически регулировать скорости на разных портах в зависимости от подключаемого к ним оборудования. Это дает возможность по мере необходимости переводить на новые скорости часть портов коммутатора, в то время как в случае коммутаторов Ethernet с оптическими портами, QSFP+ и SFP+ все подключенные устройства должны осуществлять передачу с одной скоростью — иначе говоря, все оборудование придется модернизировать одномоментно.

Стандарт 25GBase-T отлично вписывается в экосистему Ethernet на сбалансированной витой паре. В нем используются открытые и широко распространенные спецификации, что гарантирует совместимость оборудования и защищает инвестиции. Неудивительно, что с учетом драйверов рынка, возможностей технической реализации и дополнительных преимуществ, которые стандарт 25GBase-T дает отрасли, он был одобрен 25GBase-T Study Group без возражений.

ПУТИ ОТКРЫТЫ

Дав зеленый свет новому стандарту, рабочая группа 25GBase-T Study Group оперативно определила цели практической реализации Ethernet 25GBase-T. Они были одобрены на пленарном заседании IEEE 802.3 Plenary Meeting, которое состоялось 9 марта в Берлине. Данный проект был объединен с IEEE P802.3bq 40GBase-T, и, как можно было ожидать, разрабатывающая эти стандарты рабочая группа получила название IEEE P802.3bq 25G/40GBase-T Task Force. Первая редакция поправок к IEEE 802.3bq содержит проект спецификаций 25GBase-T и 40GBase-T. Этот документ должен был быть рассмотрен до конца октября 2015 года.

Помимо определения физического уровня PHY для поддержки скоростей передачи данных 25 и 40 Гбит/с, цели практической реализации обоих стандартов включают в себя поддержку полнодуплексной работы, автосогласование скорости и энергоэффективный Ethernet. Следует отметить, что для 25GBase-T и 40GBase-T планируется использовать кабельную инфраструктуру Категории 8 и сегменты с прямым подключением. Разработка этих приложений тесно связана с недавно опубликованной TIA TSB-5019 спецификацией высокопроизводительной СКС — High Performance Structured Cabling (HPSC). В ней предусматривается, что в случае четырехжильной сбалансированной витой пары 25GBase-T и 40GBase-T будут использоваться в ЦОДах на расстояниях до 30 м, включая древовидную топологию («утолщенное дерево» — fat tree), «распределенное ядро» (leaf and spine), резервируемые фабрики с топологией «утолщенного дерева» (interconnected fat tree fabric) и любые классические трехуровневые иерархические топологии, в том числе полносвязные (full mesh), резервируемые полносвязные (interconnected meshes) и централизованную коммутацию.

Дополнение 40GBase-T стандартом 25GBase-T предоставит еще более широкий выбор при развертывании будущих центров обработки данных. Путь открыт, и дата ратификации объявлена. Случиться это должно в марте 2016 года.

Валери Магвайр — директор по стандартам и технологиям компании Siemon.