Budoucnost Ethernetu: šest nových rychlostí od 2,5GE po 400GE

Petr Krčmář 1. 6. 2015

Ethernet je tu s námi desítky let a považujeme jej za stabilní technologii, na jejichž základech dnes stojí internet. Přestože by se zdálo, že se v této oblasti příliš nového udělat nedá, během následujících několika let nás čeká několik novinek – konkrétně nové rychlosti v rozsahu 2,5 až 400 gigabitů.

Ethernet je tu s námi přes 30 let a v současné době používáme především rychlosti 1GE, 10GE a 100GE, setkat se můžeme také se 40GE. Greg Hankins na konferenci RIPE70 představil nejbližší budoucnost ve vývoji Ethernetu. Čeká nás rozšíření rychlostního portfolia a v nejbližších letech přibude více rychlostí než jich máme za třicet let vývoje. Celý vývoj shrnuje přehledně následující diagram, kde je vidět i výhled na následujících pět let:

Připravit se můžeme na rychlejší, ale i pomalejší rozhraní – určitě nás čeká 2,5GE, 5GE, 25GE a 400GE; možná ještě později přijde 50GE a 200GE. Různé rychlosti jsou dány rozdílnými potřebami na trhu – různé implementace vyžadují různé parametry: rychlost, vzdálenost a cenu. Nové specifikace tedy budou odrážet právě tyto potřeby.

2,5GE a 5GE pro bezdrát

Možná se ptáte, proč bychom měli chtít tyto rychlostí, když tu už dlouho máme 10GE. Z tohoto pohledu jde skutečně o snížení rychlostí, ale z pohledu klasického 1GE je to naopak zrychlení. Klíčovým slovem je v tomto případě kabeláž. Vyšší rychlostí vyžadují kabeláž Cat 6A nebo 8, gigabitu přitom stačí 5e nebo 6. Přitom právě gigabitem je dnes připojena většina koncové infrastruktury včetně bezdrátových přístupových bodů (AC).

Moderní bezdrát přitom zvládá komunikovat podle standardu 802.11ac, jehož linková rychlost dnes zvládá více než 3 gigabity, v budoucnu až 7 gigabitů. Zároveň se připravuje nástupce 802.11ax, který by měl do pěti let nabídnout další čtyřnásobné zrychlení. Už současný gigabit ale nestačí napájet nejrychlejší bezdrátové body a pomalé připojení do zbytku sítě tak významně degraduje jejich rychlost. Roste tak reálná potřeba používat vyšší kapacity než 1GE.

Proto je v přípravě varianta 2,5GE a 5GE, která bude mít proti 10GE dvě zásadní výhody: bude umět využít stávající kabeláž pro 1GE a na rozdíl od 10GE bude podporovat PoE, které je zásadní právě při napájení bezdrátových routerů. Kabely Cat 5e a 6 jsou dnes velmi rozšířené a je velmi obtížné je uvnitř budov vyměnit. Navíc se infrastruktura jimi vytvořená v budovách spíše rozrůstá a ještě dlouho tu s námi bude. Podle studie NGEABT Study Group [PDF] je po celém světě nainstalováno 56 milionů kilometrů této kabeláže.

Vývojová skupina pracuje na těchto nových rychlostech, které by na obou typech kabeláže měly dosáhnout na vzdálenost 100 metrů a nabídnout i PoE s maximálním příkonem 60 W. Standardu a prvních síťových prvků bychom se měli dočkat už v roce 2016.

25GE pro servery v datacentrech

Další novinkou bude 25GE pro datová centra, Greg Hankins říká, že „25GE je nová 10GE“. Problém osm let staré technologie 40GE je v tom, že jde vlastně o sloučení čtyř 10GE linek, takže výsledek má poměrně nízkou efektivitu. Vývojáři chtějí využít existující 25GE technologii, která je také čtyřikrát schovaná v současné 100GE. Výsledkem by měl být efektivní a výkonný 25GE kanál pomocí kompaktního a levného SFP28 media modulu.

Na trh nyní míří celá řada 3,2 Tb/s switch čipů, které je možné výrazně lépe využít právě s 25GE technologií. Konkrétně je možné s tímto čipem přepínat 28 linek 40GE a 4 uplinky 100GE nebo je možné zvládnout 96 linek 25GE a k tomu 8 uplinků na 100GE. Jednoduchým výpočtem je možné dojít k tomu, že je čip v druhém případě dvakrát lépe využit a je možné ho vytížit naplno.

Připravují se standardy pro až 30metrové spoje pomocí čtyřpárové kabeláže (podle ISO/IEC JTC1 SC25 WG3 a TIA TR-42.7) a až 5metrové spoje pomocí Twinaxu. Standardy jsou očekávány v průběhu roku 2016.

Že je na trhu o 25GE skutečně zájem, dokazuje existence skupiny 25 Gigabit Ethernet Consortium, která vznikla v loňském roce a vyvíjí vlastní standard mimo IEEE. Výsledkem by měl být 25GE a 50GE (což je 2×25GE) a součástí skupiny jsou například společnosti Arista, Broadcom, Google, Mellanox a Microsoft.

40GE pro infrastrukturu datacenter

Situace kolem 40GE ethernetu je podle Grega Hankinse velmi dobrá, existuje celá řada různých variant a standardů, nejnovější umožňuje komunikaci až na 40 km a dovoluje tak vytvářet vysokokapacitní dálkové spoje.

V příštím roce bychom se navíc měli dočkat 40GBASE-T technologie, která umožní po kabeláži Cat 8 přenášet 40 gigabitů až na vzdálenost 30 metrů. Zajímavé bude sledovat, jak spolu budou soupeřit 25GE a 40GE technologie a zda se budou v datacentrech doplňovat.

100GE za větší hustotu portů

Životní cyklus většiny technologií lze popsat zvonovou křivkou. V první fázi jej nasadí nejpokročilejší uživatelé, později nastoupí masové rozšíření a nakonec se šance chopí ti nejpomalejší. Podobně se v posledních pěti letech vyvíjelo také rozšiřování 100GE, jak ukazuje následující graf:

Dnes jsme ve střední fázi, kdy se ze 100GE stala běžná komodita. Opustili jsme první karty s jedním či dvěma porty, přecházíme na karty s dvanácti porty a v příštích letech nás čeká ještě větší míra integrace a další snižování cen. První generace zařízení používala deset paralelních 10GE linek, ta druhá už běží na zmíněných 4×25GE. Teoreticky bychom se mohli v následujících letech dočkat 100GE SFP, které by umožnilo další zvyšování hustoty portů.

K velkému vývoji došlo právě u modulů, původní CFP byly obrovské, velmi energeticky náročné a drahé. Někdy stály stejně jako samotná karta. Současná generace staví na QSFP28 a CFP4, což umožňuje zvyšování hustoty portů a nasazování nových fabrik s kapacitou až 3,2Tbps. Výsledkem tak budou karty až se 44, respektive 32 porty. Podle Hankinse zůstaneme ještě poměrně dlouho u použití více lambd, protože od skutečné 100gigabitové linky jsme ještě nejméně jednu generaci vzdálení.

400GE a dál

Mít 1TE vypadá podle Grega Hankinse velmi lákavě a časem budou takové rychlosti v páteřních sítích skutečně potřeba. V současné době je ale technologie tak složitá a nákladná, že je terabit velmi nepraktický a neekonomický. Když vyrobíme něco, co si nikdo nekoupí, tak selžeme. Stejně jako když si to někdo koupí a nebude to fungovat. Je tedy potřeba zvažovat celou řadu různých proměnných včetně požadavků trhu a technických možností. Proto dalším krokem bude pravděpodobně 400GE.

Vývoj už běží, v tuto chvíli je připravován standard 400GBASE-SR16, který je založen 16 paralelních MMF linkách. Cílem je vytvořit rozhraní, které nabídne efektivnější alternativu k současné kombinaci 4×100GE, stejně jako 40GE úspěšně nahrazuje kombinaci čtyř 10GE linek. Existuje několik možných přístupů, které umožní zvyšování rychlosti: změna modulace, navýšení počtu lambd nebo navýšení počtu vláken.

Neexistuje jednoznačně nejlepší řešení, každé má různé vlastnosti a nevýhody. Pro nejkratší vzdálenost 100 m už bylo řešení zvoleno, ale jak se bude postupovat k větším vzdálenostem (až 10 km), může být zvolena jiná kombinace technologií. V IEEE k tomu bude jistě vedena rozsáhlá diskuse.

Technologie 400GE by měla být dostupná někdy v roce 2017 a už teď je možné předpokládat evoluci jednotlivých modulů. První generace CDFP modulů bude používat zmíněných 16 signálů po 25GE, později přijde CFP2 s 8×50GE. O pár let později přijde nový modul CFP4 nebo QSFP100, který nabídne 4×100GE. V tu chvíli už bude přidáním dalších lambd možné dosáhnout vysněného terabitu. To už se ale bavíme o době za pět a více let.

widgety

Různé rychlosti pro různé nasazení

Je jasně vidět, že v současné chvíli neznamená rychleji automaticky více. Ethernet se proto místo tupého navyšování rychlostí snaží diverzifikovat svou nabídku pro různé segmenty trhu. Koncové sítě vyžadují efektivní a jednoduše nasaditelnou náhradu za 1GE, datacentra zase uvítají širší škálu rychlostí s výrazně lepší integrací a energetickou úsporou.

Jak se zvyšují rychlosti, přestává fungovat model „desetkrát rychleji za trojnásobnou cenu“, který tu byl od 10ME až po 100GE. V tuto chvíli se jako výhodnější jeví násobení rychlosti po čtyřech, respektive osmi: 4×10GE, 4×25GE a 8×50GE. Nové technologie založené na 50GE spojích pak nabídnou další logické možnosti jako 1×50GE nebo 4×50GE.

Odkazy

Našli jste v článku chybu?
Podnikatel.cz: Udělali jsme velkou chybu, napsal Čupr

Udělali jsme velkou chybu, napsal Čupr

Vitalia.cz: Tohle jsou nejlepší česká piva podle odborníků

Tohle jsou nejlepší česká piva podle odborníků

Lupa.cz: Další Češi si nechali vložit do těla čip

Další Češi si nechali vložit do těla čip

Vitalia.cz: Dostal malý pivovar ze Slovenska do Tesca

Dostal malý pivovar ze Slovenska do Tesca

DigiZone.cz: Parlamentní listy: kde končí PR...

Parlamentní listy: kde končí PR...

Podnikatel.cz: Chystá se smršť legislativních novinek

Chystá se smršť legislativních novinek

Lupa.cz: Jak se prodává firma za miliardu?

Jak se prodává firma za miliardu?

Vitalia.cz: Tahák, jak vyzrát nad zápachem z úst

Tahák, jak vyzrát nad zápachem z úst

DigiZone.cz: Koncesionářské poplatky pro RTVS

Koncesionářské poplatky pro RTVS

DigiZone.cz: Numan Two: rozhlasový přijímač s CD

Numan Two: rozhlasový přijímač s CD

Podnikatel.cz: Takhle se prodávají mražené potraviny

Takhle se prodávají mražené potraviny

120na80.cz: Hrbatá prsa aneb mýty o implantátech

Hrbatá prsa aneb mýty o implantátech

Lupa.cz: Aukro.cz mění majitele. Vrací se do českých rukou

Aukro.cz mění majitele. Vrací se do českých rukou

DigiZone.cz: Mordparta: trochu podchlazený 87. revír

Mordparta: trochu podchlazený 87. revír

DigiZone.cz: Funbox 4K v DVB-T2 má ostrý provoz

Funbox 4K v DVB-T2 má ostrý provoz

Vitalia.cz: Voda z Vltavy před a po úpravě na pitnou

Voda z Vltavy před a po úpravě na pitnou

DigiZone.cz: Test: brýle pro virtuální realitu Exos Urban

Test: brýle pro virtuální realitu Exos Urban

Vitalia.cz: Test dětských svačinek: Tyhle ne!

Test dětských svačinek: Tyhle ne!

DigiZone.cz: Rapl: seriál, který vás smíří s ČT

Rapl: seriál, který vás smíří s ČT

Podnikatel.cz: Babišovi se nedá věřit, stěžovali si hospodští

Babišovi se nedá věřit, stěžovali si hospodští