Panduan Lengkap untuk Gigabit Ethernet 100G

Evolusi dunia rangkaian semasa menuju ke arah pendekatan berasaskan data untuk memenuhi permintaan rangkaian yang semakin meningkat. Sebagai tulang belakang Ethernet generasi seterusnya, Ethernet 100 Gigabit (100 GbE) kini merupakan teknologi yang paling banyak tersedia, dan pembangunan rangkaian ini mendorong pertumbuhan kapasiti yang berterusan bagi penyedia rangkaian, penggunaan rangkaian yang memerlukan lebar jalur tinggi, serta evolusi daripada TDM kepada pengangkutan paket dalam rangkaian metropolitan. Artikel ini menerangkan apakah 100 GbE, laluan evolusinya, cara ia memberikan manfaat dan industri yang menggunakannya.

Apakah itu Gigabit Ethernet 100G?

100GbE merujuk kepada Ethernet 100 Gigabit, piawaian rangkaian berkelajuan tinggi, protokol rangkaian dengan kadar pemindahan data 100 gigabit sesaat (Gbps), teknologi yang merupakan salah satu jenis keluarga Ethernet yang paling biasa, serta menjadi asas komunikasi bagi majoriti rangkaian kawasan setempat (LAN) dan rangkaian kawasan luas (WAN) di seluruh dunia. Berbanding pendahulunya, 10GbE dan 40GbE, terdapat peningkatan ketara dari segi kelajuan dan kapasiti.

Untuk memenuhi keperluan rangkaian jalur lebar tinggi, IEEE menubuhkan HSSG (Higher Speed Study Group) pada tahun 2006 untuk membangunkan piawaian bagi Ethernet 100G, yang secara rasmi ditukar kepada kumpulan IEEE802.3ba pada tahun 2007. Kumpulan ini menetapkan piawaian Ethernet 40G/100G, dengan 40Gbps digunakan terutamanya untuk aplikasi pengkomputeran, manakala 100Gbps digunakan untuk perkhidmatan teras dan sink. Teknologi utama antara muka Ethernet 100G semasa merangkumi pengagregatan saluran lapisan fizikal (PHY) dan teknologi pemultipleksan pembahagian panjang gelombang (WDM). Teknik pengekodan dan modulasi peringkat lebih tinggi juga wujud, seperti Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) dan Quadrature Amplitude Modulation (QAM). Berbanding teknologi Ethernet 10G, Ethernet 100G menyediakan keseragaman piawaian antara muka dan prestasi jalur lebar yang lebih tinggi serta prestasi yang lebih baik dari segi pengecilan dan penyebaran.

Walaupun 100GbE hampir sama dengan pendahulunya dari segi protokol dan prinsip Ethernet yang digunakan, ia mencapai kecekapan pemindahan data sehingga 100Gbps melalui teknologi yang lebih maju. Kecekapan ini membantu menjadikan 100GbE sebagai tulang belakang pusat data, infrastruktur rangkaian dan pengkomputeran berprestasi tinggi, serta komponen penting rangkaian moden.

Ethernet 100G ialah kelajuan Ethernet terpantas yang dikekalkan melalui satu saluran.IEEE 802.3ck menjadi generasi ketiga Ethernet 100G yang menggunakan satu saluran 100G Gb/s pada Disember 2022, serta Ethernet 200G dan 400G yang masing-masing menggunakan dua dan empat saluran ini, dan menetapkan penggunaan kabel twinaksial untuk menghantar 100GBASE-CR dan 100GBASE-CR menggunakan kabel twinaksial pada jarak sehingga 2 meter. Selain 100GBASE-CR, yang menetapkan jarak penghantaran maksimum 2 meter melalui kabel twinaksial, dan 100GBASE-KR, yang menggunakan satah belakang elektrik, the 100GBASE-ZR standard menyokong Ethernet 100G melalui jarak maksimum lebih daripada 80 kilometer dengan menggunakan seni bina berbilang saluran serta sistem DWDM satu panjang gelombang. Jika kecekapan kos menjadi keutamaan, konfigurasi empat saluran yang menggunakan 25G NRZ SerDes juga boleh menjadi medium penghantaran yang boleh dipercayai.

Pengenalan Evolusi Ethernet 100G

Ethernet, teknologi LAN yang paling banyak digunakan pada masa kini, berasal pada tahun 1973 di Pusat Penyelidikan Palo Alto Xerox di California. Ia pada mulanya dibangunkan untuk menghantar data antara stesen kerja komputer, pelayan dan pencetak.

Ini merupakan pencapaian yang mengubah keadaan pada zamannya, kerana sebelum itu rangkaian komputer didominasi oleh komputer kerangka utama yang besar dan mahal.

Kelajuan sambungan awal Ethernet hanyalah 2.85 megabit sesaat (Mbps). Pada tahun 1980, sebuah konsortium vendor daripada Digital Equipment Corporation, Intel dan Xerox mengeluarkan piawaian Ethernet DIX, iaitu piawaian Ethernet 10 Mbps. Akibatnya, Ethernet terhad kepada kelajuan maksimum 10 Mbps sehingga tahun 1980-an.

Pada tahun 1995, sistem Fast Ethernet 100 Mbps telah diperkenalkan, termasuk pelbagai sistem media pasangan berpilin dan gentian optik. Empat tahun kemudian, Ethernet 1,000 Mbps (1 GbE) telah diperkenalkan.

Peralihan daripada 1 GbE kepada 10 GbE mengambil masa kira-kira 7 tahun, tetapi peralihan daripada 10 GbE kepada 40 GbE hanya mengambil masa 4 tahun.

Selepas itu, apabila pusat data mula menghentikan penggunaan 40 GbE, kos peralatan rangkaian 100 GbE mula menurun dan penggunaan meluas rangkaian 100 GbE menyusul.

Piawaian IEEE 100 Gigabit

Kumpulan Kerja IEEE 802.2 bertanggungjawab untuk mengekalkan dan memperluas piawaian komunikasi data Ethernet; apabila kita melihat peraturan tertentu, kita dapati bahawa penambahan kepada piawaian khusus biasanya dinamakan dengan satu atau dua huruf. Sebagai contoh, Pasukan Petugas 802.3z mentakrifkan versi asal piawaian Gigabit Ethernet.

Berikut ialah 3 piawaian IEEE Ethernet 100G yang penting:

Dalam bahagian sebelumnya, kami menyebut IEEE 802.3ba, sebuah pasukan petugas yang diselesaikan pada tahun 2010 untuk menyokong kelajuan yang lebih tinggi daripada 10Gbit/s. Protokol ini menetapkan kadar 40 dan 100G bit/s, selaras dengan keperluan untuk menyokong pengagregatan titik akhir dan pautan. Piawaian ini merupakan protokol IEEE pertama yang menetapkan kadar 100G. Berikut ialah beberapa protokol berkaitan 100G yang lebih penting.

Piawaian IEEE 802.3cu ialah pindaan kepada parameter lapisan fizikal dan pengurusan Ethernet yang membolehkan penghantaran data berkelajuan tinggi 100Gb/s dan 400Gb/s melalui gentian mod tunggal.802.3cu ialah semakan kepada piawaian asas 802.3 yang diluluskan oleh IEEE pada Februari 2021, bagi memenuhi permintaan yang semakin meningkat terhadap data berkelajuan tinggi. Piawaian ini bertujuan membolehkan antara muka gentian mod tunggal untuk Ethernet 100G dan 400G yang menjimatkan kos serta tenaga, dengan menggunakan optik 100G untuk mengurangkan kos dan meningkatkan ketumpatan.

IEEE 802.3ck, yang terutamanya menetapkan antara muka elektrik 100G, 200G dan 400G, telah diundi pada September 2022 untuk diterima pakai. Setelah siap, piawaian ini bertujuan untuk membolehkan antara muka elektrik 100Gbps dan menyokong pembangunan antara muka elektrik berketumpatan lebih tinggi atau kos lebih rendah untuk Ethernet 100, 200 atau 400G. Spesifikasi ini juga merupakan spesifikasi pembetulan ralat; dengan menetapkan satu set spesifikasi teknikal, ia dapat mengurangkan kadar ralat bit (BER) dan ralat penghantaran dengan ketara, sekali gus meningkatkan kualiti dan kecekapan penghantaran data, seperti teknik pengekodan FEC (Forward Error Correction), penyegerakan jam dan sebagainya.

IEEE 802.3ct, yang terutamanya menetapkan operasi 100G melalui sistem DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), telah disiapkan dan sedang menjalani semakan akhir sebelum diterbitkan. Piawaian ini penting kerana ia merupakan spesifikasi Ethernet pertama untuk teknologi DWDM koheren yang menyokong panjang sambungan 100G sekurang-kurangnya 80 kilometer.IEEE P802.3cw, mengenai operasi 400G melalui sistem DWDM, masih dalam proses, memperluas spesifikasi Ethernet untuk teknologi DWDM koheren kepada 400G.

Faedah Ethernet 100GbE

Penggunaan 100 GbE membawa banyak kelebihan kepada dunia rangkaian dan datakom. Berikut ialah beberapa manfaat utama:

Kelebihan kelajuan yang ketara: Menyediakan kelajuan pemindahan data yang lebih tinggi dan meningkatkan kelajuan akses fail dalam rangkaian korporat, terutamanya di pusat data dan bilik pelayan.

Menangani keperluan rangkaian yang kompleks: Menyesuaikan diri dengan pertumbuhan trafik Internet dan permintaan kompleks daripada pelayan maya serta peranti di pusat data, sambil memastikan kemas kini masa nyata dan pemprosesan yang cekap.

Keserasian Ke Belakang: Ia menyokong keserasian dengan infrastruktur sedia ada, membolehkan penggunaan semula kabel sedia ada dengan menggantikan transceiver atau modul. Ini memudahkan penggunaan serta mengurangkan keperluan kuasa dan ruang, sekali gus menghasilkan penjimatan kos.

Sokongan produk yang luas: Pelbagai produk yang serasi dengan 100GbE, seperti kad antara muka rangkaian, pelayan, suis dan sebagainya, telah tersedia, sekali gus mengurangkan bilangan nod dan sambungan, meningkatkan prestasi serta mengurangkan jumlah kos pemilikan.

Mengurangkan beban rangkaian: 100GbE membantu mengurangkan perebutan dan risiko beban lampau rangkaian teras dalam rangkaian tulang belakang.

Menyokong teknologi baharu: Bagi organisasi yang menggunakan Remote Direct Memory Access (RDMA) dan teknologi baharu yang lain, meningkatkan fleksibiliti untuk pertumbuhan pada masa hadapan.

Aplikasi Ethernet Gigabit 100G

Disebabkan prestasi berkelajuan tingginya yang cemerlang, 100GbE telah digunakan secara meluas dalam pelbagai industri. Berikut ialah beberapa aplikasi Ethernet gigabit 100G yang kritikal.

Pusat Data: Pusat data merupakan tulang belakang seni bina dunia data, yang mengehos dan memproses jumlah data yang besar. 100GbE membolehkan kerjasama yang lebih cekap antara pelayan, storan dan peranti rangkaian, sekali gus membawa perbezaan yang ketara kepada rangkaian pusat data. Dengan bergantung pada pusat data, pemprosesan data menjadi lebih pantas, prestasi lebih tinggi dan kesesakan rangkaian berkurangan.

Infrastruktur awan: Dengan perkembangan pesat kecerdasan buatan dalam beberapa tahun kebelakangan ini, perkhidmatan pengkomputeran awan seperti AWS, Azure dan Google Cloud telah berkembang dengan pesat. Keperluan terhadap kuasa pengkomputeran juga semakin mendesak, manakala prestasi berkelajuan tinggi 100GbE dapat membantu penyedia perkhidmatan ini berhubung dengan pelanggan dengan lebih pantas serta memberikan sokongan besar untuk pemindahan data pantas antara aplikasi dan pangkalan data.

Pengkomputeran Berprestasi Tinggi (HPC): Bagi kluster HPC berskala besar yang berkongsi data raya serta menjalankan penyelidikan dan simulasi saintifik, rangkaian berkelajuan ultra tinggi juga penting untuk mengendalikan set data yang besar dengan lebih cekap. 100GbE juga semakin menjadi seni bina tulang belakang dalam persekitaran HPC.

Hiburan dan Media: Keperluan rangkaian yang paling penting bagi industri media dan hiburan ialah kependaman rendah dan lebar jalur tinggi. 100GbE membina platform untuk penyampaian media penstriman, penciptaan kandungan serta fail video dan audio beresolusi tinggi bagi membolehkan pemindahan data masa nyata, sekali gus memberikan pengguna pengalaman video dalam talian yang lebih baik.

Seperti yang anda lihat, kebanyakan senario aplikasi ini bergantung pada prestasi lebar jalur tinggi dan kependaman rendah 100GbE, dan pusat data arus perdana ini amat sesuai untuk memenuhi permintaan tersebut, khususnya pusat data dengan beban kerja tradisional tetapi dengan tahap virtualisasi yang lebih tinggi.

Kesimpulan

Ringkasnya, dengan kemunculan 100GbE, pusat data telah berkembang dengan pesat, dan landskap rangkaian turut berubah kerananya. Rangkaian Ethernet gigabit 100G dengan lebar jalur tinggi dan kependaman rendah telah membina tulang belakang kritikal untuk pengkomputeran berprestasi tinggi dan infrastruktur telekomunikasi. Apabila rangkaian berkembang, 100GbE akan memainkan peranan yang lebih besar dalam komunikasi data untuk membolehkan pemindahan data yang lebih pantas dan cekap, yang akhirnya memberi manfaat kepada perniagaan dan pengguna.