اترنت در خط سرعت: کدام استاندارد شبکه‌های پرسرعت برای شما مناسب است؟

این مطلب یکی از مجموعه مقالات پرونده ویژه «راهنمای مهاجرت به شبکه‌های ۴۰ و ۱۰۰ گیگابیت» است. برای دانلود کل پرونده ویژه می‌توانید اینجا کلیک کنید. 

استاندارد جدید، هزینه‌های کمتر و کارآمدی بیشتری برای شرکت‌های تجاری و سازمان‌های خدماتی دارد. در این مطلب، نگاهی به استاندارد 25/50GbE می‌اندازیم و دلایل کوچ به آن را بررسی می‌کنیم. 
هنگامی‌که در می ۲۰۱۰، استاندارد IEEE 802.3ba به تصویب رسید، برای اولین‌بار شبکه‌های کابلی اترنت دو سرعت متفاوت پیش روی خود دیدند و در‌ها برای پیاده‌سازی دو نسل جدید شبکه‌های پرسرعت ۴۰ گیگابیت و ۱۰۰ گیگابیت باز شد. با نگاهی به برنامه‌های کاربردی و نیازهای روزافزون صنعت شبکه در بخش‌های مختلف اعم از سوییچ‌های رده بالای top-of-rack تا مراکز داده به افزایش سرعت، به نظر می‌رسید صنعت شبکه در آستانه جهش بزرگی است. این وضعیت در حالی رقم می‌خورد که استاندارد و شبکه‌های ۱۰ گیگابایت به‌تازگی مستقر و پیاده‌سازی شده بودند و بسیاری از سازمان‌ها و کسب‌وکارها هنوز به طور کامل به سوی شبکه‌های ۱۰ گیگابیت کوچ نکرده‌ بودند. سازمان‌ها به سمت استفاده از محاسبات ابری هجوم آوردند و نیاز به توان خروجی فراتر از ۱۰ گیگابیت هر روز بیشتر نمایان می‌شد. کسب‌وکارها به‌شدت نیازمند برقراری ارتباطات پرسرعت شبکه‌ای میان منابع و شعبه‌های مجزای از هم بودند و مراکز داده دیگر پاسخ‌گوی ترافیک عظیم اطلاعات نبودند. در این وضعیت، انتظار می‌رفت استاندارد و تجهیزات ۴۰ گیگابیت به‌سرعت توسعه داده شده و مستقر شوند، اما در عمل این‌‌گونه نبود و این استاندارد به‌کندی حرکت می‌کرد. دلایل زیادی برای طولانی شدن استقرار شبکه‌های ۴۰ گیگابیت وجود دارد که هزینه‌های زیاد و البته توسعه استاندارد جدید شبکه‌های 50/25 گیگابیت در صدر آن‌ها قرار دارند. 

مطلب پیشنهادی

آشنایی با فناوری، کانکتورها، سوییچ‌ها و تجهیزات سخت‌افزاری دیگر

راهنمای کوچ به شبکه‌های ۴۰ و ۱۰۰ گیگابیت (بخش پایانی)

شبکه‌های 25/50GbE آماده‌اند
در حالی که کوچ رسمی به سوی شبکه‌های 50/25 گیگابیت در سال ۲۰۱۶ اتفاق نمی‌افتد و در بهترین حالت اوایل سال ۲۰۱۷ شاهد استقرار این شبکه‌ها به طور گسترده هستیم، تجهیزات و چیپ‌ست‌های این شبکه‌ها و استاندارد از نیمه سال ۲۰۱۵ آماده و به بازار عرضه شدند. 
برندهای معتبر و معروفی مانند «برودکام» با عرضه سوییچ StrataXGS Tomahawk Ethernet و شرکت «Mellanox» با معرفی سوییچ خود روی استاندارد ۲۵/۵۰ گیگابیت به طور رسمی در‌های ورود به این نسل از شبکه‌ها را باز کردند. اگرچه برخی از پردازنده‌های پیشرفته اینتل که اخیراً رونمایی شدند، اجازه می‌دهند اطلاعات را با سرعت‌هایی بیشتر از ۱۰ گیگابیت روی بسترهای شبکه منتقل کنید، فناوری و استانداردی که بتواند بدون هزینه زیاد اضافی یا تغییر زیرساخت و سخت‌افزار شبکه توان خروجی را چندین برابر افزایش دهد، ایده بسیار خوب و عامه‌پسندی است. استاندارد 25GbE برپایه همین ایده پیاده‌سازی شده است و امکان افزودن یک خط لینک ۱۰ گیگابیت دیگر روی همان سخت‌افزار قبلی را می‌دهد؛ حتی با استفاده از این استاندارد می‌توان شبکه‌های ۴۰ گیگابیت را طراحی کرد؛ به این شکل که چهار خط ۱۰ گیگابیت به شبکه افزوده شود. مورد آخر به دلیل اینکه باید سخت‌افزار بیشتری نصب شود، هزینه‌های اضافی دارد.

دلایل زیادی برای طولانی شدن استقرار شبکه‌های ۴۰ گیگابیت وجود دارد که هزینه‌های زیاد و البته توسعه استاندارد جدید شبکه‌های ۲۵/۵۰ گیگابیت  در صدر آن‌ها قرار دارند

حرکت از شبکه‌های ۱۰ گیگابیت به سوی شبکه‌های ۲۵ گیگابیت با هزینه‌ای ۱.۵ برابری روبه‌رو است، اما توان خروجی شبکه را ۲.۵ برابر افزایش می‌دهد که مطلوب کسب‌وکارهای کوچک و متوسط بازار است. به همین دلیل، مشتریان روی خوش به شبکه‌های ۴۰ گیگابیت نشان نداده‌اند و منتظر ورود تجهیزات استاندارد ۲۵ گیگابیت هستند. (شکل 1) تکنیک Lane Aggregation برای استاندارد ۲۵ گیگابیت نیز به طور ساده‌ای قابل پیاده‌سازی است و باعث افزایش سرعت شبکه با هزینه‌های کمتر می‌شود. برای ساخت یک شبکه ۵۰ گیگابیت کافی است دو خط ۲۵ گیگابیت و برای ساخت یک شبکه ۱۰۰ گیگابیت، چهار خط ۲۵ گیگابیت با هم تجمیع ‌شوند. شبکه ۱۰۰ گیگابیت به‌دست‌آمده همان مشخصاتی را دارد که در استاندارد 100GbE IEEE روی آن تأکید شده است. این روش توسعه شبکه‌های اترنت به‌مراتب هزینه‌های استقرار و پیاده‌سازی کمتری دارند و برای ارتباطات انتهابه‌انتها کارآمد به نظر می‌رسند. برای مثال، در ارتباطات داخلی مراکز داده و منابع کلاود این رویکرد بسیار مقرون‌به‌صرفه است. 

شکل ۱: نحوه پیاده‌سازی شبکه‌های ۴۰ و ۱۰۰ گیگابیت با کانکشن‌های ۱۰ و ۲۵ گیگابیتی

از ابتدای سال ۲۰۱۵ شاهد معرفی سوییچ‌هایی بودیم که ظرفیت کار در استانداردهای شبکه‌های فعلی و استانداردهای شبکه‌های پرسرعت نسل بعدی را دارند. سوییچ‌های سخت‌افزاری از برندهای معروف «سیسکو» و «دل» در بازار موجود است که می‌توانند هر نوع شبکه ۱۰، ۲۵، ۴۰، ۵۰ و ۱۰۰ گیگابیت را پیاده‌سازی و پشتیبانی کنند. مشتریان می‌توانند برحسب نیازهای خود این سوییچ‌ها را پیکربندی و پیاده‌سازی کنند تا توان خروجی مدنظر به دست بیاید. همچنین، برخی از برندها مانند «جونیپر» و «آریستا» تجهیزات اختصاصی خود برای این نوع شبکه‌ها را عرضه می‌کنند. (شکل۲)  

شکل ۲: نمونه‌ای از سوییچ‌های آماده در بازار برای انواع شبکه‌های ۱۰، ۲۵، ۴۰، ۵۰ و ۱۰۰ گیگابیتی

کنسرسیوم 25 Gigabit Ethernet Consortium  از استاندارد 25GbE پشتیبانی می‌کند و سازندگان سخت‌افزارهای شبکه انواع سوییچ‌ها و سیلیکون‌ها را ساخته و وارد بازار کرده‌اند. از جمله، مایکروسافت و گوگل که از این استاندارد برای مراکز داده خود استفاده کرده‌اند. هدف این گروه، پذیرش و استقرار به‌تدریج شبکه‌های ۲۵ و ۵۰ گیگابیت در سطح بازار است. در حال حاضر، شبکه‌های ۱۰۰ گیگابیت با استفاده از تجمیع چهار خط شبکه ۲۵ گیگابیت طراحی و ساخته می‌شوند، اما با ارائه اسلات PCI Express 4.0 در سال ۲۰۱۷ که حداکثر نرخ انتقال اطلاعات به 16 GT/s می‌رسد، انتظار می‌رود بتوان روی سرورها به طور اختصاصی از لینک‌های ۱۰۰ گیگابیتی استفاده کرد. نمی‌توان با قطعیت گفت، اما احتمالاً تا اواخر همان سال نیز سوییچ‌های رده‌بالای شبکه از کانکشن‌های ۱۰۰ گیگابیتی پشتیبانی کنند. 

پروژه OCP
در پروژه Open Compute Projects شرکت فیسبوک نیز از سوییچ‌های 40GbE Wedge استفاده شده است که از پردازنده‌های سیلیکونی Trident II شرکت برودکام استفاده می‌کنند و به نوعی لینک‌های تجمیع‌شده قابلیت‌ها و ظرفیت‌های جدیدی در شبکه می‌سازند. این سوییچ‌ها از تمامی استانداردها و شبکه‌های ذکرشده پشتیبانی می‌کنند و مشتری می‌تواند با پیکربندی اختصاصی و تجمیع چندین کانکشن، به سرعت مورد نیازش برسد. (شکل 3) برای مثال، این سوییچ‌ها به صورت پیش‌فرض از ۱۶ درگاه 40GbE بهره می‌برند، اما در پروژه OCP حدود شش سوییچ با پیکربندی ۱۲۸ درگاه 40GbE نصب شده است که با استفاده از کانال‌های 10G می‌توانند ربط‌های 25GbE را به طور ساده به رابط 100GbE تبدیل کنند. (شکل چهار) فیسبوک هدف اصلی و نهایی خود را از استفاده از سوییچ‌های Wedge در پروژه OCP ذکر نکرده، اما هزاران سوییچ Wedge در مراکز داده خود مستقر کرده و در حال توسعه سوییچ‌های Wedge مدل‌های 100GbE است تا مستقیماً از مزایا و کارایی این شبکه‌ها در مراکز داده خود استفاده کند.

شکل ۳: نمونه‌ای از کارت‌های توسعه فیسبوک برای سوییچ‌های 40GbE Wedge. می‌توان روی هر سوییچ  چندین کارت توسعه نصب و ظرفیت شبکه را توسعه داد.

طرح‌های توسعه‌ای فیسبوک به همین‌جا محدود نمی‌شود، بلکه قصد دارد به سوی کانکشن‌های نوری 400GB حرکت کند و نسل جدیدی از کارایی شبکه را با استاندارد IEEE 802.3bs 400GbE Ethernet به نمایش بگذارد. هنوز در هیچ‌جای دنیا از استاندارد 400GbE استفاده نشده و هیچ سوییچ یا تجهیزات دیگری برایش ساخته نشده است، اما فیسبوک می‌خواهد این کار را عملی کند و پیشگام توسعه و استقرار استاندارد جدید اترنت باشد. 

شکل ۴: نمونه‌ای از سوییچ‌های اختصاصی فیسبوک با درگاه‌های ۱۰۰ گیگابیتی که به طور گسترده در پروژه OCP و مراکز داده فیسبوک استفاده می‌شوند.

کدام‌یک را انتخاب می‌کنید؟
سؤال اساسی این است که شما برای شبکه و زیرساخت فناوری اطلاعات خود کدام‌ استاندارد و سرعت را انتخاب می‌کنید؟ ترجیح می‌دهید به سراغ تغییر نسل شبکه‌ بروید یا با روش‌های تجمیع کانکشن‌ها سرعت شبکه را افزایش دهید و ظرفیت‌های جدیدی بسازید؟
در وهله اول، باید ترافیک شبکه خود را مدنظر قرار دهید و در گام بعدی به سراغ محاسبه زمان و هزینه چرخه تغییر فناوری و نسل شبکه بروید. در برخی سازمان‌ها یا کسب‌وکارها، چرخه زمانی تغییر سخت‌افزارها و زیرساخت‌ها برای ایجاد اینترکانکشن‌های بسیار سریع داخلی طولانی است و از سوی دیگر ترافیک شبکه چندبرابر شده است. محاسبات با کارایی بالا، محاسبات با چگالی بالا، شبکه‌های ذخیره‌سازی سریع و نظایر این‌ها نیازمند تغییر زیرساخت شبکه هستند و با افزودن چند لینک جدید پرسرعت مهیا نمی‌شوند. اما گاهی فقط ترافیک شبکه افزایش یافته است و برنامه‌های کاربردی و سرویس‌ها در همان سطح قبلی باقی مانده‌اند‌. در این وضعیت، به نظر می‌رسد بهتر است به سراغ استانداردهای 25/50GbE و سوییچ‌های سفارشی‌سازی‌شده این رده بروید.

هنوز در هیچ‌جای دنیا از استاندارد 400GbE استفاده نشده و هیچ سوییچ یا تجهیزات دیگری برایش ساخته نشده است، اما فیسبوک می‌خواهد این کار را عملی کند و پیشگام توسعه و استقرار استاندارد جدید اترنت باشد

یک نکته دیگر هم باید مدنظرتان باشد: به مرور و با گذشت زمان قیمت و هزینه سوییچ‌های 40GbE و 100GbE کاهش خواهد یافت. کارشناسان پیش‌بینی می‌کنند هر سال نزدیک به ۵۰ درصد قیمت این سوییچ‌ها کاهش یابد. بنابراین، در برخی سناریوهای توسعه شبکه می‌توان یک تا دو سال از استانداردهای ۱۰ گیگابیت توسعه‌یافته یا 25/50GbE استفاده کرد و بعد به سراغ تهیه و استقرار سوییچ‌های نسل بعدی اترنت رفت. در نظر داشته باشید شبکه کند و در دسترس نبودن کانکشن‌های سریع ارتباطی می‌تواند کارایی مراکز داده و خدمات بی‌درنگ شما را به‌شدت با افت روبه‌رو کند و دان‌تایم را افزایش دهد. 

برنامه‌ریزی
انتخاب میان شبکه‌های ۱۰، ۲۵، ۴۰، ۵۰ و ۱۰۰ گیگابیت نیازمند داشتن هدف و چشم‌انداز آینده و البته برنامه‌ریزی برای توسعه و استقرار شبکه‌های پرسرعت جدید است. از یک سو، تقاضاها و نیازهای مشتریان مطرح است و از سوی دیگر هزینه‌ها و چرخه نوسازی زیرساخت شبکه با محدودیت‌هایی مواجه است. استقرار شبکه‌های ۴۰ و ۱۰۰ گیگابیت مبتنی بر استاندارد IEEE 802.3ba نیازمند تغییر سوییچ‌ها و روترها، کابل‌ها، کانکتورها و رابط‌های ارتباطی است. پس تغییر و جهشی اساسی پیش رو دارید، اما به کارایی و توان خروجی بسیار بالایی دست پیدا می‌کنید که اجازه اجرای پروژه‌های سنگین محاسباتی جدید را به شما می‌دهد و میزبان اطلاعات ده‌ها مشتری خواهید شد. از سوی دیگر، شبکه‌های مبتنی بر ۲۵ گیگابیت به‌سادگی و با صرف هزینه بسیار کمتر پیاده‌سازی می‌شوند و می‌توانید با تجمیع چند کانکشن حتی به توان خروجی ۱۰۰ گیگابیت برسید. در پروژه‌های بسیار مهمی مانند OCP نیز شرکت فیسبوک از کانکشن‌های ۲۵ گیگابیت بهره می‌گیرد و البته به فکر توسعه یک استاندارد برای شبکه‌های اترنت با سرعت ۴۰۰ گیگابیت است. به نظر می‌رسد رویکردی که فیسبوک انتخاب کرده و هر دو طرح کوتاه‌مدت و بلندمدت توسعه سرعت شبکه‌ها را مدنظر دارد، برای بسیاری از کسب‌وکارها قابل پیاده‌سازی باشد. ساختن یک شبکه ۴۰ یا ۱۰۰ گیگابیت جدید از صفر در کنار شبکه فعلی یک رؤیای تحقق‌نیافتنی است و هیچ سازمان و شرکتی قادر به انجام دادنش نیست.