10 Gigabitin Ethernet
Samuli Kotilainen • Mittaukset: Tero Mäkikangas • Piirros: Petri Rotsten
10 Gigabitin Ethernet
Verkkojen ohituskaista
Kun gigabitin verkkoliitin löytyy pian jokaisesta tietokoneesta, tarvitaan lähiverkkoon tietenkin seuraava nopeusluokka. 10 gigabitin ethernet on muuttunut operaattorien erikoisuudesta lähi- verkkojen perustekniikaksi, jopa välttämättömyydeksi. Taustalla on hintojen romahdus ja teknisiä läpimurtoja.
10 gigabittiä sekunnissa on hurja nopeus. Se on kymmenen kertaa nopeampi kuin palvelimissa yleinen gigabitin yhteys, ja sata kertaa nopeampi kuin 100 megabitin laajakaistayhteys. Moni miettii, mihin tällaista nopeutta edes tarvitaan.
Tarve nopeammille verkoille on ilmeinen. Ehkä suurin syypää on videokuvan tulo niin internetiin kuin lähiverkkoihinkin. Yrityksissä katsotaan nettivideoita ja käytetään videoneuvottelua. Verkkoihin on liitetty kasapäin ip-valvontakameroita, joiden videokuvaa siirretään verkon kautta tallentimille. Muutkin datamäärät ovat melkoisesti kasvaneet, aina tiedostoista ja tulostuksesta varmistuksiin saakka.
10 gigalle on tarvetta
Kasvanut kaistantarve näkyy pc-koneissa ja lähiverkossa. Työasemista ja kannettavista löytyy nykyisin valmiina gigabitin yhteys, ja verkkoon saa gigabitin lähiverkkokytkimen muutamilla satasilla. Kun työpöydille alkaa ilmestyä gigabitin yhteyksiä, tarvitaan kytkinten välisiin runkoyhteyksiin isompia putkia. Gigabitin yhteyksiä voi tietenkin niputtaa yhteen, mutta 10 gigabitin yhteys on parempi vaihtoehto.
Palvelimissa tarve on vielä suurempi, varsinkin virtualisoinnin seurauksena. Nykyään tavallinenkin peruspalvelin voi ajaa samanaikaisesti 10–20 virtuaalista palvelinta. Verkkokaistan tarve kasvaa tietenkin moninkertaiseksi. Tilanne on vielä pahempi korttipalvelinkehikoissa, joissa saattaa olla kiinni yli kymmenen fyysistä palvelinta. Jos niissä puolestaan ajetaan virtuaalisia palvelimia, tarvitaan korttipalvelinkehikkoon valtavasti verkkokaistaa.
Tarvetta olisi siis paljonkin, mutta esteenä on ollut hinta. Onneksi uudet tekniikat ovat romahduttaneet kustannuksia.
Hintojen romahduskurssi
Suurin syy 10 gigabitin ethernetin yleistymiseen on se, että porttihinta on tippunut kuin pankkien pörssikurssit Wall Streetillä. Jos 10 gigabitin kytkin maksoi ennen 5000 euroa portilta, on hinta voinut uudessa mallissa pudota 500 euroon portilta.
Aiemmin 10 gigabitin yhteyksissä vaihtoehtona oli vain valokuitu. Valokuitu vaatii kalliita optisia osia, jotka muuttavat elektronisen signaalin lasersäteeksi. Tekniikka on onneksi kehittynyt, ja tarjolle on tuotu uusia pienempiä ja edullisempia optisia osia (suurista xenpak- ja x2-moduuleista siirrytään pieniin sfp+-moduuleihin, joiden hinta on tippunut jopa alle tuhannen euron). Yksi valokuituyhteys maksaa silti vähintään parituhatta euroa.
Todellinen hintojen pudottaja on tavallisessa kuparikaapelissa toimiva 10 gigabitin tekniikka. Viime vuonna yleistyi ensimmäinen kuparitekniikka (10gbase-cx4), jossa kaapelin maksimipituus on 15 metriä. Tänä vuonna leviää vielä käyttökelpoisempi 10gbase-t-tekniikka. Siinä kaapeli on tuttua ja turvallista cat-kaapelia, ja liittimet samoja rj-45-liittimiä kuin tietokoneissa ja nykyverkoissa. Yhteyden pituus on kunnon kaapelilla 100 metriä, mikä riittää hieman pitempiinkin vetoihin.
Uusien tekniikoiden ansiosta 10 gigabitin ethernetin porttihinnat ovat laskeneet jyrkästi. 10 gigabitin verkkokortin saa alle 750 eurolla. Verkon reunan kytkimissä näkee 10 gigabitin runkoyhteyksiä jopa alle 2000 euron malleissa. Tutkimusyhtiö Infonetics on arvioinut, että kun vuonna 2006 myytiin 10 gigabitin portteja maailmassa 300 000, nousisi myynti vuonna 2010 vähintään kymmenkertaiseksi.
Verkkojen runkoyhteyksissä 10 gigabitin yhteys on jo arkinen asia, samoin kuin konehuoneissa korttipalvelinkehikoissa. Yksittäisille palvelimille hinta on monesti vielä turhan kova, ja pienissä verkoissa ei 10 gigabitin yhteyksille ole välttämättä välitöntä tarvetta.
10 gigaa uhkaa jo kuitukanavaa
10 gigabitin ethernet haastaa myös tallennusverkoissa käytetyt kuitukanavaverkot. Kuitukanavalla yhdistetään palvelimia esimerkiksi tallennusjärjestelmiin ja varmistuksen nauharobotteihin, ja nopeus on yleensä 2 tai 4 gigabittiä sekunnissa. Vaikka kuitukanava on tehokas tekniikka, on vauhti silti hitaampi kuin 10 gigabitin ethernetissä.
Cisco myy jo tekniikkaa, jossa kuitukanavan liikenne yhdistetään 10 gigabitin yhteyden sisälle (fibre channel over ip
-tekniikalla). Molemmat verkot saadaan samaan verkkokorttiin ja kaapeliin, ja toisessa päässä kytkin jakaa ne taas erilleen. Monet yritykset ottavat jo seuraavaa askelta, ja yhdistävät tallennuslaitteita suoraan 10 gigabitin ethernetillä.
Kuitukanavajärjestelmät tuskin häviävät minnekään lähivuosina. On kuitenkin selvää, että hurjaa vauhtia nopeutuva ethernet syö tieltään perinteisiä tekniikoita, kuten se on tehnyt jo parin vuosikymmenen ajan.
Näin toimii 10 gigabitin ethernet
10 gigabitin nopeus on looginen jatko lähiverkkojen tutulle ja turvalliselle perustekniikalle ethernetille. Edelliset nopeusluokat olivat 10 megabittiä, 100 megabittiä ja yksi gigabitti sekunnissa. 10 gigabittiä sekunnissa nostaa nopeuden jälleen kymmenkertaiseksi.
Suurimmat kysymykset liittyvät siihen, miten näin suuri nopeus saadaan välitettyä kupari- tai valokuitukaapelissa, ja ennen kaikkea kuinka kauas. Tähän liittyvät 10 gigabitin tekniikan eri versiot.
10 gigaa kuparissa: halpaa mutta vaikeaa
10 gigabitin nopeutta kuparikaapelissa pidettiin aikanaan melkein mahdottomana – olihan gigabitin nopeudenkin ahtaminen kuparikaapeliin vaikeaa. Pienoisten teknisten ihmeiden jälkeen tavoitteessa on kuitenkin onnistuttu. Tämä on tärkeää, sillä valokuituyhteyksien optiset osat ovat erittäin kalliita. Tavallinen sähköinen kaapeliyhteys laskee hinnat murto-osaa aiemmasta.
Ensimmäinen 10 gigabitin kuparitekniikka oli 10gbase-cx4, jossa kaapelit ja jyhkeät liittimet on lainattu Infiniband-tekniikasta. Huono puoli on se, että kaapelin maksimipituus on vain 15 metriä.
Uusin saavutus on 10gbase-t, joka on päässyt vauhtiin tänä vuonna. Siinä 10 gigabitin nopeus on saatu rakennettua tietokoneista tuttuun pieneen rj-45-liittimeen, ja nykyisiin ohuisiin cat-kaapeleihin. Kaapelissa on tuttuun tapaan neljä kierteistä johdinparia. Tietoa lähetetään jokaisella parilla, ja yhtä aikaa molempiin suuntiin. Näillä nopeuksilla taajuudet ja häiriöt ovat tietenkin melkoisia. Niitä on saatu pois uraauurtavilla tekniikoilla, joita on lainattu niin tutkatekniikasta kuin avaruusluotainten radioviestinnästä. Haittapuolia ovat vielä suuri virrankulutus (6–8 wattia/portti) ja suurehkot viiveet.
10gbase-t-yhteyksiä voidaan rakentaa täydellä 100 metrin pituudella kaapelityyppeihin cat-7 ja cat-6a. Vanhemmalla cat-6-kaapelilla maksimipituus on 55 metriä. Yleisimpiin cat-5-kaapeleihin ei 10 gigabitin nopeutta saa.
Valokuitu: luotettavammin pitemmälle
Kun tarvitaan pitempiä yhteysmatkoja ja toimintavarmempia kaapelointeja, käytetään valokuitua. Haittapuoli on se, että optiset elementit ovat kalliita, ja yhden yhteyden hinta nousee aina tuhansiin euroihin.
Valokuitua on kahta tyyppiä. Rakennusten sisällä käytetään pääasiassa monimuotokuitua, jossa valokaapelin ydin on paksumpi (50 tai 62,5 mikrometriä). Kaapeli ja muu tekniikka on edullisempaa, mutta signaali ei kanna yhtä kauas.
Maahan kaivettava valokuitu on yleensä yksimuotokuitua, jossa on ohut ydin (vain 8-10 mikrometriä). Signaali kantaa kauas, mutta tekniikka on paljon kalliimpaa.
Ongelma on siinä, että varsinkin rakennusten sisällä olevissa valokuitukaapeleissa on eroja. Edullisin 10gbase-sr (short range) -tekniikka kantaa modernissa kaapelissa 300 metriä, mutta kehnossa kaapelissa ehkä vain 30 metriä. Asian voi korjata kalliimmalla 10gbase-lx4 -tekniikalla, jolla päästään yleensä 300 metriin. Tarjolle on tullut myös uusi 10gbase-lrm (long reach multimode) -tekniikka, joka on edullista, mutta takaa huonommassakin kaapelissa noin 220 metrin yhteyden.
Myös maahan kaivetuissa yksimuotokaapeleissa käytetään useita tekniikoita. 10gbase-lr (long range) ja 10gbase-lx4 kantavat 10 kilometriä. 10gbase-er (extended range) kantaa jopa 40 kilometriä.
40 ja 100 gigabittiä ovat jo tulossa
10 gigabitin nopeus riittänee useimmissa yrityksissä hamaan tulevaisuuteen. Operaattorit tarvitsevat kuitenkin suurempia nopeuksia, kun esimerkiksi teräväpiirtovideoiden lähetys yleistyy. 10 gigabitin linkit alkavat jo nyt käydä ahtaiksi, ja nopeampia yhteyksiä rakennetaan kalliilla erikoistekniikoilla.
Ratkaisu on tulossa parin kolmen vuoden päästä. Ethernet-verkkojen seuraavat nopeusluokat ovat 40 gigabittiä ja 100 gigabittiä sekunnissa. Hitaampi nopeus aiottiin välillä tiputtaa välistä pois, mutta nyt molempia kehitetään yhtä aikaa.
Laitevalmistajat ovat jo huomioineet uudet tekniikat. Raskaimmat runkokytkimet on suunniteltu niin, että sisäinen kapasiteetti riittää jopa 100 gigabitin yhteyksien ajamiseen. Myös korttipaikat tukevat tulevia nopeampia yhteyksiä. Ratkaistavana on kuitenkin vielä suuria teknisiä haasteita. Kohtuuhintaisia 40 ja 100 gigabitin laitteita joudutaan odottelemaan vielä vuosikausia.
Hurjaa lisänopeutta palvelimelle
10 gigabitin verkkoyhteys yksittäisessä palvelinkoneessa on yhä harvinaisuus. Syynä ei ole tarpeen puute vaan hinta. 10 gigatavun verkkokortti maksaa edullisimmillaan noin 700 euroa, mutta päälle tulee kytkinportin hinta, joka on usein tuhansia euroja. Nyt markkinoille on tullut edullisempia kytkimiä, joissa yksittäisen kytkinportin hinta liikkuu jopa alle 500 euron luokassa.
Tällä hetkellä tuplattu 10 gigabitin yhteys palvelimelle maksaa siis ainakin pari tuhatta euroa. Hinta on kallis, mutta sitä kannattaa monissa tapauksissa harkita, sillä suorituskyky voi kasvaa melkoisesti.
Testasimme asiaa tehokkaalla HP:n DL385 G5 -palvelimella, johon asennettiin 10 gigabitin HP NC510c -verkkokortti. Kone kytkettiin HP:n kytkimen 10 gigabitin porttiin. Tietoa siirrettiin palvelimien välillä molempiin suuntiin iometer-testiohjelmalla.
Palvelinten tyypillinen gigabitin yhteys ei teoriassa tullut ”täyteen”, mutta 10 gigabitin yhteys paransi silti vauhtia tuntuvasti. Kahden palvelimen välillä nopeus kasvoi yli kaksinkertaiseksi. Kuudella palvelimella rasitettaessa nopeus kasvoi yli kolminkertaiseksi.
Erot tietenkin riippuvat paljolti palvelimen käytöstä. Jos tiedonsiirto on keveämpää, ei 10 gigabitin yhteydestä ole välttämättä hyötyä. Testit kuitenkin osoittavat, että nykypalvelimilla suorituskyvyn pullonkaula on usein juuri verkkoyhteydessä. Jos kukkaro kestää, voi 10 gigabitin yhteys nopeuttaa melkoisesti raskaassa käytössä olevaa palvelinta.
