100G 기가비트 이더넷 완벽 가이드

네트워킹 세계의 현재 진화는 증가하는 네트워킹 수요를 충족하기 위한 데이터 기반 접근 방식으로 향하고 있습니다. 차세대 이더넷의 백본으로서 100 Gigabit Ethernet(100 GbE)은 현재 가장 널리 사용 가능하며, 이 네트워크의 발전은 네트워크 제공업체의 지속적인 용량 증가, 높은 대역폭을 요구하는 네트워크의 도입, 메트로 네트워크에서 TDM에서 패킷 전송으로의 진화를 주도하고 있습니다. 이 글에서는 100 GbE가 무엇인지, 그 진화 경로, 제공하는 이점, 그리고 어떤 산업에서 사용되고 있는지 설명합니다.

100G Gigabit Ethernet이란 무엇입니까?

100GbE는 다음을 의미합니다 100 Gigabit Ethernet, 고속 네트워킹 표준으로, 초당 100기가비트(Gbps)의 데이터 전송 속도를 제공하는 네트워크 프로토콜이며, 이더넷 제품군의 보다 일반적인 유형 중 하나인 기술로, 전 세계 대부분의 근거리 통신망(LAN)과 광역 통신망(WAN)의 통신 기반을 구축합니다. 이전 기술인 10GbE 및 40GbE와 비교하면 속도와 용량이 크게 향상되었습니다.

고대역폭 네트워크의 필요성을 해결하기 위해 IEEE는 100G Ethernet 표준을 개발하고자 2006년에 HSSG (Higher Speed Study Group)를 설립했으며, 이는 2007년에 IEEE802.3ba 그룹으로 공식 전환되어 40G/100G Ethernet 표준을 규정했습니다. 이 중 40Gbps는 주로 컴퓨팅 애플리케이션용이고, 100Gbps는 코어 및 싱크 서비스용입니다. 현재 100G Ethernet 인터페이스의 핵심 기술에는 물리 계층(PHY) 채널 집성 및 파장 분할 다중화(WDM) 기술이 포함됩니다. Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) 및 Quadrature Amplitude Modulation (QAM)과 같은 고차 코딩 및 변조 기술이 존재합니다. 10G Ethernet 기술과 비교할 때, 100G Ethernet은 인터페이스 표준 및 대역폭 성능의 더 높은 균일성과 감쇠 및 분산에서 더 나은 성능을 제공합니다.

100GbE는 사용되는 이더넷 프로토콜과 원칙 측면에서 이전 세대와 사실상 동일하지만, 더 진보된 기술을 통해 최대 100Gbps의 데이터 전송 효율을 달성합니다. 이러한 효율성 덕분에 100GbE는 데이터 센터, 네트워크 인프라 및 고성능 컴퓨팅의 백본이 되었으며, 현대 네트워크의 필수 구성 요소가 되었습니다.

100G Ethernet은 단일 채널에서 지속되는 가장 빠른 Ethernet 속도입니다.IEEE 802.3ck는 2022년 12월에 단일 100G Gb/s 채널을 사용하는 100G Ethernet의 3세대가 되었으며, 이러한 채널 두 개와 네 개를 각각 사용하는 200G 및 400G Ethernet도 포함하고, 최대 2미터 거리에서 twinaxial cables를 사용해 100GBASE-CR 및 100GBASE-CR을 전송하기 위한 twinaxial cables 사용을 규정합니다. twinaxial cable에서 최대 전송 거리 2미터를 규정하는 100GBASE-CR과 전기 backplane을 사용하는 100GBASE-KR 외에도, the 100GBASE-ZR 표준은 다중 채널 아키텍처와 단일 파장 DWDM 시스템의 사용을 통해 최대 80킬로미터 이상의 거리에서 100G Ethernet을 지원합니다. 비용 효율성이 우선이라면 25G NRZ SerDes를 사용하는 4채널 구성도 신뢰할 수 있는 전송 매체가 될 수 있습니다.

100G Ethernet 발전 소개

오늘날 가장 널리 사용되는 LAN 기술인 Ethernet은 1973년 캘리포니아의 Xerox Palo Alto Research Center에서 시작되었습니다. 처음에는 컴퓨터 워크스테이션, 서버 및 프린터 간에 데이터를 전송하기 위해 개발되었습니다.

이는 당시로서는 획기적인 성과였는데, 그 이전에는 크고 값비싼 메인프레임 컴퓨터가 컴퓨터 네트워크를 지배했기 때문입니다.

Ethernet의 초기 연결 속도는 초당 2.85메가비트(Mbps)에 불과했습니다. 1980년에 Digital Equipment Corporation, Intel, Xerox의 공급업체 컨소시엄은 10 Mbps Ethernet 표준인 DIX Ethernet 표준을 발표했습니다. 그 결과 Ethernet은 1980년대까지 최대 속도가 10 Mbps로 제한되었습니다.

1995년에 다양한 트위스트 페어 및 광섬유 미디어 시스템을 포함한 100 Mbps Fast Ethernet 시스템이 도입되었습니다. 4년 후, 1,000 Mbps (1 GbE) Ethernet이 도입되었습니다.

1 GbE에서 10 GbE로의 전환에는 약 7년이 걸렸지만, 10 GbE에서 40 GbE로의 전환에는 4년밖에 걸리지 않았습니다.

이후 데이터 센터가 40 GbE를 단계적으로 폐지함에 따라 100 GbE 네트워킹 장비의 비용이 하락하기 시작했고, 100 GbE 네트워크의 광범위한 도입이 뒤따랐습니다.

100기가비트 IEEE 표준

IEEE 802.2 Working Group은 Ethernet 데이터 통신 표준을 유지하고 확장하는 일을 담당합니다. 특정 규정을 살펴보면, 특정 표준에 대한 추가 사항은 일반적으로 한 글자 또는 두 글자로 명명됩니다. 예를 들어, 802.3z Task Force는 Gigabit Ethernet 표준의 원래 버전을 정의했습니다.

다음은 3가지 필수 100G Ethernet IEEE 표준입니다:

이전 섹션에서는 10Gbit/s보다 높은 속도를 지원하기 위해 2010년에 완료된 태스크포스인 IEEE 802.3ba를 언급했습니다. 이 프로토콜은 엔드포인트 및 링크 집계를 지원해야 하는 요구에 대응하여 40 및 100G bit/s 속도를 지정합니다. 이 표준은 100G 속도를 지정한 최초의 IEEE 프로토콜이었습니다. 다음은 100G와 관련된 더 중요한 프로토콜 중 일부입니다.

IEEE 802.3cu 표준은 단일 모드 광섬유를 통해 100Gb/s 및 400Gb/s의 고속 데이터 전송을 가능하게 하는 이더넷 물리 계층 및 관리 매개변수에 대한 개정안입니다.802.3cu는 고속 데이터에 대한 증가하는 수요를 충족하기 위해 2021년 2월 IEEE에서 승인한 802.3 기본 표준의 개정판입니다. 이 표준은 100G 광학 기술을 활용하여 비용을 낮추고 밀도를 높임으로써 100G 및 400G 이더넷을 위한 비용 효율적이고 에너지 효율적인 단일 모드 광섬유 인터페이스를 구현하는 것을 목표로 합니다.

주로 100G, 200G 및 400G 전기 인터페이스를 규정하는 IEEE 802.3ck는 2022년 9월 채택을 위한 투표를 거쳤습니다. 완료되면 이 표준은 100Gbps 전기 인터페이스를 구현하고 100, 200 또는 400G 이더넷을 위한 더 높은 밀도 또는 더 낮은 비용의 전기 인터페이스 개발을 지원하도록 의도되어 있습니다. 이 사양은 또한 오류 정정 사양으로, 일련의 기술 사양을 수립함으로써 비트 오류율(BER)과 전송 오류를 크게 줄이고 데이터 전송의 품질과 효율성을 향상시킬 수 있습니다., 예를 들어 FEC(순방향 오류 정정) 코딩 기술, 클록 동기화 등이 있습니다.

주로 DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing) 시스템에서의 100G 운용을 규정하는 IEEE 802.3ct는 완료되었으며 발행 전 최종 검토 중입니다. 이 표준은 최소 80킬로미터의 100G 연결 길이를 지원하는 코히어런트 DWDM 기술을 위한 최초의 Ethernet 사양이기 때문에 중요합니다. DWDM 시스템에서의 400G 운용에 관한 IEEE P802.3cw는 아직 진행 중이며, 코히어런트 DWDM 기술을 위한 Ethernet 사양을 400G로 확장하고 있습니다.

100GbE 이더넷의 이점

100 GbE 도입은 네트워킹 및 데이터컴 분야에 수많은 이점을 제공합니다. 주요 이점 중 일부는 다음과 같습니다:

상당한 속도 이점: 특히 데이터 센터와 서버실의 기업 네트워크에서 더 높은 데이터 전송 속도를 제공하고 파일 액세스 속도를 향상시킵니다.

복잡한 네트워크 요구에 대응: 인터넷 트래픽의 증가와 데이터 센터의 가상 서버 및 장치에서 발생하는 복잡한 요청에 적응하여 실시간 업데이트와 효율적인 처리를 보장합니다.

이전 버전과의 호환성: 기존 인프라와의 호환성을 지원하여, 트랜시버 또는 모듈을 교체함으로써 기존 케이블을 재사용할 수 있습니다. 이를 통해 배포가 간소화되고 전력 및 공간 요구 사항이 줄어들어 비용 절감으로 이어집니다.

폭넓은 제품 지원: 네트워크 인터페이스 카드, 서버, 스위치 등 100GbE 호환 제품이 이미 폭넓게 제공되고 있어 노드와 연결 수를 줄이고, 성능을 향상시키며, 총소유비용을 낮출 수 있습니다.

네트워크 부하 완화: 100GbE는 백본 네트워크에서 경합과 코어 네트워크 과부하 위험을 줄이는 데 도움이 됩니다.

새로운 기술 지원: Remote Direct Memory Access (RDMA) 및 기타 신흥 기술을 도입하는 조직을 위해, 향후 성장을 위한 유연성을 강화합니다.

100G 기가비트 이더넷 애플리케이션

뛰어난 고속 성능 덕분에 100GbE는 다양한 산업에서 널리 사용되고 있습니다. 다음은 몇 가지 주요 100G 기가비트 이더넷 애플리케이션입니다.

데이터 센터: 데이터 센터는 데이터 세계 아키텍처의 중추로, 대량의 데이터를 호스팅하고 처리합니다. 100GbE는 서버, 스토리지 및 네트워크 장치 간의 더욱 효율적인 협업을 가능하게 하여 데이터 센터 네트워크에 큰 변화를 가져옵니다. 데이터 센터에 의존함으로써 데이터 처리는 더 빨라지고, 성능은 더 높아지며, 네트워크 병목 현상은 줄어듭니다.

클라우드 인프라: 최근 몇 년간 인공지능의 급속한 발전과 함께 AWS, Azure, Google Cloud와 같은 클라우드 컴퓨팅 서비스가 활발히 발전해 왔으며, 연산 능력에 대한 수요도 시급해졌습니다. 100GbE의 고속 성능은 이러한 서비스 제공업체가 고객에게 더 빠르게 연결하는 데 도움이 되며, 애플리케이션과 데이터베이스 간의 빠른 데이터 전송에도 큰 도움이 됩니다.

고성능 컴퓨팅(HPC): 빅데이터를 공유하고 과학 연구 및 시뮬레이션을 수행하는 대규모 HPC 클러스터의 경우, 초고속 네트워크는 대규모 데이터 세트를 보다 효율적으로 처리하는 데에도 중요합니다. 100GbE는 HPC 환경에서 백본 아키텍처로도 점점 더 자리 잡고 있습니다.

엔터테인먼트 및 미디어: 미디어 및 엔터테인먼트 산업의 가장 중요한 네트워크 요구 사항은 낮은 지연 시간과 높은 대역폭입니다. 100GbE는 스트리밍 미디어 전송, 콘텐츠 제작, 고해상도 비디오 및 오디오 파일을 위한 플랫폼을 구축하여 실시간 데이터 전송을 가능하게 하며, 소비자에게 더 나은 온라인 비디오 경험을 제공합니다.

보시다시피, 이러한 애플리케이션 시나리오의 대부분은 100GbE의 높은 대역폭과 낮은 지연 시간 성능에 의존하며, 이러한 주류 데이터 센터는 특히 기존 워크로드를 처리하지만 가상화 수준이 더 높은 데이터 센터의 경우 이러한 수요를 충족하기에 적합합니다.

결론

간단히 말해, 100GbE의 등장으로 데이터 센터는 엄청나게 성장했으며, 그로 인해 네트워크 환경도 변화했습니다. 높은 대역폭과 낮은 지연 시간을 갖춘 100G 기가비트 이더넷 네트워크는 고성능 컴퓨팅 및 통신 인프라를 위한 핵심 백본을 구축했습니다. 네트워크가 발전함에 따라 100GbE는 데이터 통신에서 더욱 중요한 역할을 맡아 더 빠르고 효율적인 데이터 전송을 가능하게 하고, 궁극적으로 기업과 소비자 모두에게 이익을 제공할 것입니다.