1

De staat van het netwerk: beschikbaarheid van 10GBASE-Tapparatuur en de toekomst van kopermedia Geduld mag dan een schone zaak zijn, al te lang wachten kan tot onzekerheid leiden. Neem bijvoorbeeld 10GBASE-T-netwerkproducten. De 10GBASE T-standaard1 is bijna zes jaar geleden gepubliceerd en door het lange wachten op netwerkapparatuur is de digitale geruchtenmolen op volle toeren gaan draaien. Dit heeft geleid tot het volstrekt misplaatste idee dat 10GBASE-T het einde betekent voor balanced twisted-pair kopermedia en netwerkapparatuur. In feite kan de lange introductietijd worden verklaard door de recente economische recessie en de wens om aanzienlijke energie-efficiencyverbeteringen in deze nieuwe technologie te integreren. Deze uitdagingen zijn overwonnen en alles wijst erop dat de implementatie van 10GBASE T-oplossingen in 2012 een grote vlucht gaat nemen. In deze paper worden de feiten gepresenteerd achter de fabels met betrekking tot 10GBASE-T en de toekomst van koperen twisted-pair ethernettoepassingen.

www.siemon.com • www.plxtech.com

1

D E S T A AT VA N 1 0 G B A S E - T

10GBASE-T-netwerkapparatuur is beschikbaar en de implementatiecijfers nemen toe. De 10GBASE-T-technologie werd aanvankelijk gehinderd door energievretende implementaties, maar de huidige chiptechnologie die de 10GBASE-T-bitstream (ook wel "PHY" geheten) levert, profiteert van een geavanceerd 40nm-lithografieproces, waardoor energieverbruik, kaartgrootte en kosten worden teruggebracht. Als gevolg hiervan zal met ingang van 2012 naar verwachting de 10GBASE-T-technologie op grote schaal worden ingevoerd. In dit jaar zullen naar verwachting ten minste 20 nieuwe platforms (bijv. switches, servers en NIC's) die gebruikmaken van 10GBASE-T PHY-apparaten, algemeen op de markt verkrijgbaar zijn. Bovendien wordt in een nieuw marktonderzoeksrapport, dat door The Linley Group2 is gepubliceerd, de verwachting uitgesproken dat in 2012 meer dan 2,7 miljoen poorten van 10GBASE-T PHY's zullen worden geleverd. Dit is een scherpe stijging ten opzichte van de 182.000 poorten die in 2011 zijn geleverd. De in Figuur 1 afgebeelde trendlijnen geven de prognose van The Linley Group weer voor verschillende typen 10Gb/s-ethernettoepassingen gedurende de komende jaren. Zoals u ziet, zal 10GBASE-T naar verwachting in 2014 een dominante marktpositie bereiken. De verwachte introductiesnelheden in Figuur 1 komen overeen met het historische introductieprofiel voor ethernet, waarbij optische netwerkinterfaces aanvankelijk meer worden toegepast dan koperinterfaces maar koperpoorten snel daarna de optische poorten ruimschoots in aantal overtreffen.

Figuur 1: Verwachte introductiesnelheid van 10Gb/s-ethernettoepassingen 35,000

10GBASE-CR (direct-attach-assemblages) 10GBASE-S, 10GBASE-L en 10GBASE-L (optische glasvezel)

30,000

10GBASE-KR (backplane) 10GBASE-T (balanced twisted-pair)

25,000 20,000 15,000 10,000 5,000 0 2010

2011

2012

2013

2014

2015

Bron: The Linley Group

2


kosten en energiedissipatie dankzij de nieuwere 40nmPHY-apparatuur en de verdere verlagingen die mogelijk worden met de 28nm-apparatuur, die in 1213 wordt verwacht, kunnen datacentermanagers nu profiteren van de fundamentele voordelen van de 10GBASE-Ttechnologie. Deze voordelen zijn: • de mogelijkheid om samen te werken met verouderde, langzamere ethernettechnologieën via auto-negotiation • het implementatiegemak van een balanced twisted-pair koperbekabelingssysteem en het gebruik van vertrouwde bekabelings- en connectorinterfaces •

de

flexibiliteit

van

gestructureerde

bekabelingstopologieën met 100-meterverbindingen volgens het 4-connectormodel om toevoegingen, verplaatsingen

en

wijzigingen

in

LAN-

Deze chip van PLX Technology vertegenwoordigt de nieuwste generatie 10GBASE-T-transceivers. Deze is geïmplementeerd in 40nm-lithografie en kan worden aangeschaft in versies met 1 channel, 2 en 4 channels.


10GBASE-T balanced twisted-pair koperbekabeling biedt unieke voordelen ten opzichte van andere 10Gb/sethernetoplossingen. Door de aanzienlijke verlaging van

en

datacenteromgevingen te ondersteunen, en • de mogelijkheid om PoE- en PoE Plus (Power over

Een andere belangrijke katalysator voor de invoering van

Ethernet) te leveren

10GBASE-T zal de introductie van LOM-chips (LAN-onMotherboard) zijn. Deze producten, die naar verwachting

Interoperabiliteit met traditionele ethernetapparatuur via

halverwege 2012 worden geïntroduceerd, bieden

auto-negotiation

serverfabrikanten de mogelijkheid om ook auto-

is

van

groot

belang

omdat

datacenteruitbreidingen en -uitgaven hierdoor geleidelijk

negotiationtechnologie

in

hun

apparatuur

te

kunnen plaatsvinden. 10GBASE T-netwerkapparatuur

implementeren. De implicaties van deze ontwikkeling zijn

vereist geen grootschalige upgrade van alle servers en

verstrekkend omdat servers voor het eerst worden

switches naar 10Gb/s-capaciteit, wat wel noodzakelijk is

geleverd met voorgeconfigureerde ethernetverbindingen

bij non-negotiating ethernetsystemen die informatie

die kunnen onderhandelen over snelheden van 100 Mb/s,

verzenden via optische glasvezelmedia of direct-attach-

1 Gb/s of 10 Gb/s, afhankelijk van de capaciteit van

assemblages

ondersteunt

andere apparaten in het netwerk. De datacentermanager

10Gb/s-transmissie naar nieuwe servers en kan via auto-

zal zich op deze ontwikkeling willen voorbereiden door

negotiation ook werken met snelheden van 1 Gb/s of

10GBASE-T-compatibele switches te implementeren die

lager om legacyservers te ondersteunen. Op deze manier

de capaciteit van de verbonden server volledig kunnen

kunnen

benutten.

zoals

datacenters

SFP+,

hun

maar

switchingarchitecturen

'toekomstbestendig' maken. Een 10GBASE-T-switch kan nu effectief communiceren met traditionele 1Gb/s- en 100Mb/s-servers en maakt het mogelijk om 10Gb/sservers te introduceren als dit in de toekomst vereist is en financieel wordt ondersteund.


3

nauwkeurig onderzocht en sinds de technologie in 2006 voor het eerst is gestandaardiseerd in de IEEE 802.3-specificatie is er veel verbeterd. Oude PHY-implementaties werden vervaardigd met behulp van een 130nm-lithografieproces en dissipeerden ongeveer 10W per poort. Ter vergelijking: de 40nm-apparaten die nu leverbaar zijn halen minder dan 4W dissipatie per poort. En de 28nm-apparaten die in 2013 op de markt komen, zullen naar verwachting minder dan 2,5 W per poort dissiperen! Deze trend is zichtbaar gemaakt in Figuur 2.highlights this trend.

Figuur 2: Energiedissipatie van 10GBASE-T 12 10 Energiedissipatie (W/poort)


Het energieverbruik van 10GBASE-T PHY wordt uitstekend beheerd. De energiedissipatie bij 10GBASE-T-apparatuur is

8 6 4 2 0 130nm

65nm

40nm

28nm

Type lithografieproces

Twee speciale protocollen kunnen de energiedissipatie van 10GBASE-T verder verbeteren. Naast de vermindering die het gevolg is van ontwikkelingen in de halfgeleidertechnologie, kunnen BASE-T-systemen, en met name 10GBASE-Tsystemen, gebruikmaken van bepaalde unieke en op standaarden gebaseerde algoritmen die de wezenlijke eigenschappen van computerverkeer optimaal benutten om energiedissipatie nog verder terug te brengen. Er zijn in het bijzonder mogelijkheden om de efficiëntie te verbeteren wanneer netwerkapparatuur voor langere en voor zeer korte perioden niet wordt gebruikt. WoL (Wake-on-LAN) is een nieuwe netwerkstandaard die door de Advanced Manageability Alliance is ontwikkeld, waarbij netwerkapparatuur, zoals een server, in de slaapstand wordt gezet totdat deze wordt geactiveerd door een speciaal netwerksignaal, een zogeheten 'magic packet'. De NIC (Network Interface Card) van de server keert tijdens de slaapstandperiode terug naar een stand met een zeer lage energiedissipatie, maar blijft alert uitkijken naar het 'magic packet'. Zodra dit pakket arriveert, wordt de server geactiveerd en wordt de normale werking hervat. Aangezien de activeringstijd van WoL meestal tienden van seconden bedraagt, is deze energiebeheerstrategie vooral geschikt wanneer servers naar verwachting lange perioden inactief zijn, bijvoorbeeld 's nachts. Zelfs de actiefste datacenters kennen perioden waarin slechts een gedeelte van de capaciteit nodig is. Dit is een logisch gevolg van een overcapaciteit aan resources die nodig is om te kunnen voldoen aan piekvragen en van de tijds- en seizoensgebonden fluctuaties in verband met wisselende gebruikerslocaties en tijdsschema's. WoL kan van deze fluctuaties in vraag profiteren met opzienbarende resultaten: als slechts één server met een energiedissipatie van 500 W in de slaapstand wordt geplaatst, levert dit veel meer op dan het verschil in energie van honderden transceivers!

4


controllers zijn geïmplementeerd, zullen naar verwachting

toegepast via optische media of SFP+-direct-attach-

veel meer energie besparen dan EEE-optimalisaties in de

assemblages ondersteunt het WoL-protocol momenteel

transceiver omdat het energieverbruik van de gehele

niet en daarom zullen deze systemen altijd hun volledige

switch of server (die meer dan het dubbele is van de

vermogen dissiperen. WoL is een belangrijke strategie die

energie per poort van zelfs de vorige generatie

uitsluitend door 10GBASE-T wordt gebruikt om het totale

transceivers) kan worden benut.

energieverbruik in het datacenter te verminderen.

inactiviteit, is een andere technologie, met de naam

Nog een 10GBASE-T-strategie om de energiedissipatie te verminderen: de zogeheten short-reachmodus van 10GBASE-T. Een andere voorziening in 10GBASE-T

Energy Efficient Ethernet3 (EEE), speciaal ontwikkeld om

PHY's,

te profiteren van het onregelmatige karakter van

energiedissipatie te verminderen, is het vermogen om de

computerverkeer. Het is zo dat ethernetverkeer normaal

channellengte

gesproken veel hiaten vertoont, waarvan de duur kan

automatisch te detecteren. Wanneer de channellengte

variëren van microseconden tot milliseconden. Voorheen

minder dan 100 meter is, kunnen 10GBASE-T-

werden deze hiaten opgevuld met zogeheten 'lege

transceivers hun energiedissipatie verminderen terwijl ze

patronen'.

echte

nog steeds volledig compatibele BER-prestaties (Bit Error

Terwijl WoL is bedoeld voor langere perioden van

Dit

zijn

golfvormen

zonder

die

uitstekend tussen

kan

helpen

compatibele

de

totale

transceivers

computerinformatie, die echter kunnen worden gebruikt

Rate) leveren. Deze short-reachmodus benut de grotere

voor het synchroniseren van de klok tussen transceivers.

signaal-ruisverhoudingen waar korte channels als gevolg

Het EEE-algoritme vervangt deze lege patronen door een

van lagere signaalverzwakking over beschikken. De

LPI-modus (Low Power Idle), waarbij heel weinig energie

vermindering van energiedissipatie kan spectaculair zijn.


En, al even belangrijk, 10Gb/s-ethernet dat wordt

De signaalsterkte bij de receiver is bijvoorbeeld veel groter

wordt gedissipeerd.

als deze wordt gedempt door slechts 10 meter bekabeling De LPI-modus die tijdens inactieve perioden wordt

in plaats van door 100 meter bekabeling. Daarom kan het

gebruikt

signaleringssysteem

verzendvermogen aanzienlijk worden verminderd zonder

bestaande uit alarmsignalen via de lijn en alarmsignalen

de BER nadelig te beïnvloeden. Het is een veelgehoorde

naar en van het stationbeheer. In de LPI-modus wordt een

misvatting dat de short-reachmodus een aan/uit-toestand

vereist

een

nieuw

vernieuwingssignaal gebruikt om receiverparameters,

is die rechtstreeks is gekoppeld aan een bepaalde

zoals timingvergrendeling, equalizercoëfficiënten en

verbindingslengte (bijv. 30 meter). In werkelijkheid is het

onderdrukkingscoëfficiënten, up-to-date te houden. Deze

energiedissipatieprofiel short-reachmodus geleidelijk en

informatie is ook van belang om snelle overgangen van

schaalbaar ten opzichte van de lengte.

LPI-modus naar actieve modus mogelijk te maken. De gebruikelijke transitietijden van actieve naar LPI-modus

In

de

short-reachmodus

kan

niet

alleen

het

liggen rond de drie microseconden, dus implementatie van

verzendvermogen worden verminderd, maar het aantal

EEE zorgt voor minimale latency in het netwerk. Het komt

filtertaps dat voor echo-onderdrukking en lijnequalisatie

erop neer dat energiebesparingen bij transceivers die

wordt gebruikt, kan ook worden verminderd en in het

gebruikmaken van het EEE-algoritme variëren van 50 tot

apparaat worden uitgeschakeld. Bij wijze van voorbeeld:

90 procent, afhankelijk van de feitelijke datapatronen.

een transceiver met een energiedissipatie van 3,5 W als

Bijvoorbeeld: een 28nm 10GBASE-T-transceiver met in de

deze verbonden is met een channel van 100 meter, kan

actieve modus een gebruikelijke energiedissipatie van 1,5

een dissipatie van slechts 2,5 W te zien geven als de

W voor een 30-meter-bereik dissipeert slechts 750 mW bij

transceiver wordt verbonden met een channel van 30

gebruik

meter of van minder dan 2 W bij een channel van 10

van

het

EEE-algoritme

met

normale

computerdatapatronen. Nog beter: EEE-optimalisaties op

meter.

systeemniveau die in switches en chips van Ethernet-


5


Aangezien in de meeste nieuwere datacenterconfiguraties wordt gewerkt met kortere kabellengten dan de maximumlengte van 100 meter, wordt het in toenemende mate belangrijk om deze voorziening te benutten.

10GBASE-T is de meest kostenefficiënte 10Gb/s-ethernettoepassing. Hoewel bereik, stroomverbruik en achterwaartse compatibiliteit belangrijke overwegingen zijn bij het selecteren van media, zullen de meeste ontwerpers bevestigen dat de prijs van grote invloed is op het besluitvormingsproces. De waarheid is dat 10GBASE-T meer voordelen en flexibiliteit biedt dan andere 10 Gb/s-toepassingen voor de laagste prijs! In Figuur 3 staan de kosten voor apparatuur (serverpoort en NIC), media en jaarlijks onderhoud voor één channel en de bijbehorende 10Gb/s-poortverbindingen, die representatief zijn voor de typen en lengten van media die veel worden gebruikt in datacenters. De voordeligste keuze voor 10Gb/s-transmissie is 10GBASE T-netwerkapparatuur in combinatie met balanced twisted-pair koperbekabeling van categorie 6A UTP, categorie 6A F/UTP of categorie 7A S/FTP. We komen tot dezelfde conclusie wanneer deze analyse wordt herhaald voor channels en de corresponderende poortverbindingen die representatief zijn voor de typen en lengten van media die algemeen worden toegepast in horizontale LAN-bekabeling. Dit kostenvoordeel zal de snelle invoering van 10GBASE-T in 2012 bevorderen.

Figuur 3: Kostenvergelijking 10GBASE-T-bekabeling QSFP+ actieve optische assemblage (15 m)

$1,187

QSFP+ actieve module met MTP-jumper (15 m)

$1,187

QSFP+ passief koper (7 m)

$472

$747 $998

$1,030

$595 $135

$1,187

SFP+ actieve module met LC-jumpers (15 m)

$4,494

$2,315

SFP+ passief koper (7 m)

$2,061

$4,494

$650 $87

CX4 passief koper (15 m) $1,695

$835

$160

DM3/MTP multimode (30 m, 2-connector)

6

$1,678

$91 $238

0 ,0 0 $8

0 ,0 0 $7

,0 0 $6

0 ,0 0 $5

0 ,0 0 $4

,0 0

0

$192

0

Apparatuur Onderhoud Channel/assemblage

$148

$3

0 ,0 0 $1

$0

$683

$3,490

0

$683

$1,611

,0 0

Categorie 7A S/FTP (30 m, 2-connector)

$374 $354

Categorie 6A UTP - F/UTP (30 m, 2-connector)

$3,490

$2

DM3/LC multimode (110 m, 2-connector)


duidelijkste bevestiging dat BASE-T-ethernettoepassingen een uitstekende toekomst hebben is de groeiende belangstelling voor bekabeling van de volgende generatie. Deze media zijn bedoeld om de balanced twisted-pair kopertoepassing te ondersteunen die komt na 10GBASE-T! Aangezien ethernettoepassingen voor de LAN-backbone en datacenterkern altijd voorop liepen ten opzichte van ethernetspecificaties voor horizontale LAN- en datacenterbekabeling, lijkt het logisch dat de volgende snelheid voor ethernet via balanced twisted-pair 40 Gb/s zal zijn als aanvulling op IEEE 802.3ba4-compatibele 40Gb/s-ethernet-computerbackplanes en apparatuur voor optischeglasvezelnetwerken. De industrie is zeer betrokken bij en geïnteresseerd in de toekomst van kopergebaseerd ethernet en wil hier graag in investeren. Dit blijkt op dit moment met name uit al het werk dat door ISO/IEC en TIA wordt verzet om 'next generation'-bekabelingsspecificaties te ontwikkelen om deze toepassing te ondersteunen. ISO/IEC hebben onlangs een project geïnitieerd om een nieuwe standaard te ontwikkelen met de voorlopige titel 'ISO/IEC 11801-99-x Guidance for balanced cabling in support of at least 40 GBit/s data transmission'. Deze voorgestelde tweedelige standaard heeft betrekking op de capaciteit van zowel bestaande ISO/IEC 11801-compatibele channels en channels met uitgebreide en/of verbeterde prestatiekenmerken. TIA werkt momenteel aan een project met de naam 'Specifications for 100Ω Next Generation Cabling' dat naar verwachting wordt gepubliceerd als addendum


De belangstelling voor grotere snelheden dan 10 Gb/s via balanced twisted-pair koperbekabeling neemt toe. De

1 bij ANSI/TIA-568-C.2. Deze omvangrijke projectinitiatieven bevestigen opnieuw de vitaliteit en populariteit van BASET-toepassingen en balanced twisted-pair koperbekabelingsmedia.

Figuur 4: Opties 10 Gb/s twisted-pair kabel

Categorie 6A/Klasse EA Shielded (F/UTP)

Categorie 6A/Klasse EA UTP

Categorie 7A/Klasse FA Fully-Shielded (S/FTP)

10GBASE-T was het wachten waard. Hoewel 10Gb/s-ethernet-voorbereide balanced twisted-pair koperbekabeling al enige tijd leverbaar is, hebben we er lang en met smart op moeten wachten voordat 10GBASE-T-apparatuur algemeen verkrijgbaar was. Het wachten is voorbij! 10GBASE-T-netwerkapparatuur biedt meer bereik en flexibiliteit dan elke andere 10Gb/s-koperoplossing en is een zeer aantrekkelijk alternatief voor 10Gb/s-glasvezeloplossingen wanneer de gebruikte channellengten korter zijn dan 100 meter. Datacenter- en LAN-IT-managers die zo slim waren om 10Gb/sethernet-voorbereide balanced twisted-pair koperbekabeling in hun netwerk te installeren zijn klaar om te profiteren van de negotiation- en energiereductiefuncties van 10GBASE-T en beginnen dit jaar met incrementele server- en switchupgrades om de netwerkcongestie te verlichten en de capaciteit te vergroten. De anderen hebben nog wat in te halen.


7

1 IEEE 802.3at™, “IEEE Standard for Information technology - Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks - Specific requirements Part 3: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications Amendment 1: Physical Layer and Management Parameters for 10 Gb/s Operation, Type 10GBASE-T”, September 2006 2

The Linley Group, “A Guide Ethernet Switch and PHY Chips”, December 2011

IEEE 802.3az™, “IEEE Standard for Information technology - Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks - Part 3: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications Amendment 5: Media Access Control Parameters, Physical Layers, and Management Parameters for Energy Efficient Ethernet”, October 2010 3

IEEE 802.3ba™, “IEEE Standard for Information technology - Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks - Part 3: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications Amendment 4: Media Access Control Parameters, Physical Layers, and Management Parameters for 40 Gb/s and 100 Gb/s Operation”, June 2010 4

Over de Auteurs: Ron Cates is vicepresident marketing voor netwerkproducten bij PLX Technology, een marktleider op het gebied van 10GBASE-T-transceivers. Voordat hij bij PLX kwam, was hij vicepresident en algemeen directeur van Wide Area Networking Products bij Mindspeed Technologies. Hij heeft meer dan 30 jaar ervaring in de halfgeleiderindustrie en heeft een BSEE en MSEE behaald aan de University of California in Los Angeles en een MBA aan de San Diego State University U kunt contact met hem opnemen via [email protected].

Valerie Maguire, BSEE, bekleedt de functie van global sales engineer bij Siemon, een toonaangevend fabrikant van hoogwaardige koperen glasvezelbekabelingssystemen. Ze bekleedt diverse leidinggevende functies bij het TIA TR-42 Telecommunications Cabling Systems Engineering Committee en de IEEE 802.3 Ethernet Working Group. Bovendien heeft ze meer dan 45 technische artikelen en papers geschreven, heeft ze één Amerikaans patent op haar naam staan en ontving ze de 2008 Harry J. Pfister Award for Excellence in Telecommunications. U kunt haar bereiken op [email protected].

About Siemon

About PLX

Established in 1903, Siemon is an industry leader specializing in the manufacture and innovation of high quality, high-performance network cabling solutions. Headquartered in Connecticut, USA, with global offices, manufacturing and service partners throughout the world, Siemon offers the most comprehensive suite of copper (unshielded and shielded twisted-pair) category 5e, category 6 (Class E), category 6A (Class EA) and category 7/7A (Class F/FA), and multimode and singlemode optical fiber cabling systems available. With over 400 patents specific to structured cabling, from patch cords to patch panels, Siemon Labs invests heavily in R&D and development of industry standards, underlining the company's long-term commitment to its customers and the industry.

PLX Technology, Inc. (NASDAQ: PLXT), based in Sunnyvale, Calif., USA, is an industry-leading global provider of high-speed semiconductors based on dominant connectivity standards including PCI Express, Ethernet, and USB. Primarily targeting cloud-driven data center markets, the company develops innovative software-enriched silicon that enables customer’s product differentiation, reliable interoperability and superior performance.

www.siemon.com

www.plxtech.com

Follow Siemon on Twitter: http://twitter.com/siemoncabling/ Join Siemon on Facebook: http://www.siemon.com/go/facebook YouTube: http://www.youtube.com/SiemonNetworkCabling

Follow PLX on Twitter: http://twitter.com/PLX_Technology Join PLX on Facebook: http://www.facebook.com/plxtech Watch tutorials on YouTube: http://www.youtube.com/plxtech


WP_State_of_10GBASE-T_ Rev. B 2/12


Referenties:

1

Recommend Documents