数据中心和400G以太网的未来发展

2012年7月，IEEE 802.3带宽评估特别小组公布了IEEE 802.3行业连接以太网带宽评估( Industry Connections Ethernet Bandwidth Assessment)报告。这份报告是该小组用一年时间对未来以太网有线带宽需求的研究结果。根据这份报告预测：在2015年，平均而言，网络面临的容量需求将是2010年的10倍，或者说兆位容量。到2020年，这个需求将增加到2010年的100倍，或者说10Tb容量。 

以太网联盟主席、IEEE 802.3 400G以太网研究组主席John D'Ambrosia

在40G以太网和100G以太网标准正式批准的三年后，面对用户对带宽“贪得无厌的胃口”，该行业又再次要求IEEE推出下一个以太网标准。在2013年4月2日，IEEE宣布成立400G以太网研究小组。

创建和消费的内容(无论是个人还是商业用途)的传输持续在增长，导致整体容量呈指数增长。毫无疑问，数据中心处于这种带宽“海啸”的中心地带，并且随着时间的推移，这场风暴仍将继续扩大。从急剧增加的访问互联网的设备，到不断增长的服务器和存储速率，到数据中心架构的地理扁平化，再到创造这些网页的数据库，最后到内容本身(特别是视频)，数据中心见证着这场飓风的强度不断在增加，并将永无止境。

数据中心是推动“云”的引擎，而云能够让消费者和企业从任何位置访问数据和应用程序。根据预测，用户数量将从2010年的19亿增加到2015年的30亿用户，使用将近150亿联网设备，这种对云资源的访问将非常巨大。对于数据中心网络架构师而言，这是一个巨大的挑战，他们需要构建一个架构既能满足现在的需求，又能够扩展来满足未来的需求。

这种外部压力推动着企业构建更大的数据中心，并且他们采用最新技术来构建新的架构。10G以太网和40G以太网技术的推出正在推动现在的数据中心的更新周期，从基本计算元素的基层服务器到互连一切的底层网络(数据中心内以及数据中心之间的互连)。

这种情况提出了一个问题，为什么是40G以太网在推动现在数据中心的更新周期，而不是100G以太网?这是一个很容易回答的问题—成本。40G以太网标准构建在已有技术上，使其能够更好地解决数据中心的经济。更高的成本效益使40G以太网成为数据中心新兴的主导架构技术。

尽管如此，100G以太网正在“酝酿”中，在未来，100G以太网将帮助我们更好地解决数据中心应用程序空间。IEEE P802.3bj任务小组正在为背板和铜电缆开发100G以太网技术。IEEE P802.3bm任务小组正在考虑各种方法来降低100G以太网光学技术的成本。此外，这两个任务小组为其各自的解决方案正在从10Gb/s转移到25Gb/s电力信号，这种信号传输速度的转变将推动整合，从而实现更高的端口密度以降低成本。

从40G和100G以太网吸取的教训是我们并不是为行业提供一个解决方案，而是以合适的成本提供一个解决方案。从目前的部署来看，我们可以很明显的感觉到这一点。40G以太网满足数据中心应用的成本目标，正在快速部署中，而100G以太网则满足核心运营商空间的成本目标，在那里得到快速部署。

此外，开发一种新的以太网速率以及配套技术需要一定的时间，并不能马上实现。对于IEEE 400G以太网研究小组，我们应该将其视为该行业迈出的积极的一步，但按照之前的经验，最初的新以太网速度IEEE项目通常会有后继项目来为该新速度引入新的物理层规范。例如，在40G以太网和100G以太网的开发过程中，很大一部分重点放在开发能够适应信号技术的发展的架构，以100G以太网为例子，它可以支持在10Gb/s的10信道、20Gb/s的5信道、在25Gb/s的4信道，在50Gb/s的2信道，或者在100Gb/s的单信道。而根据推测，对于400G以太网，开发的架构需要能够支持从25Gb/s的6信道，50Gb/s的8信道，100Gb/s的4信达，以及400Gb/s的单信道。因此，开发一个能够适应技术演进的架构应该考虑作为400G以太网的最终目标。

IEEE 802.3 400G以太网研究小组的首次会议在5月中旬举行，我们尚不清楚400G以太网以及物理层规范的定义。而行业内达成的公式将会推动这一努力。

从电力信号的角度来看，随着运营速度的增加，跨铜线推动信号变得越来越具有挑战性。虽然先进的调制已经用于Base-T信号技术多年，而100GBase-KP4背板PHY的开发是第一个使用除NRZ信号之外来跨铜线的技术。我们可以推测，交替调制以及前向纠错将在未来以太网操作中发挥更大的作用，而再次延长了铜线的生命。

从光信号的角度来看，笔者预计会出现一个多模式选择。目前，IEEE P802.3bm任务小组对跨多模光纤的20m和100m有两个目标。对于跨单模式光纤的更长的距离，可见度将进一步受到限制，IEEE P802.3bm任务小组目前已经在考虑一些技术，例如基于WDM的交替调制技术和并行单模光纤。

400G以太网的真正关键因素在于其架构，很明显，我们将需要大量的必要的技术演进，以及达成行业共识。开发一个成功的标准的关键并不是对任何解决方案的规范，而是在正确的时间以合适的成本制定正确的解决方案。值得注意的是，这些不是由IEEE决定，而是由那些在IEEE参与这个过程的人来决定，非常欢迎大家参与到这个过程中，推动以太网的下一个革命。