Cisco Nexus 9000 シリーズ スイッチ

Cisco QSFP BiDi テクノロジーによる 40 Gbps データセンターへの移行

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Cisco QSFP BiDi テクノロジーによる 40 Gbps データセンターへの移行



図 1 既存の 40 Gbps トランシーバの概念

概要

データセンターの統合、サーバ仮想化、より高いデータ転送レートを必要とする新しいアプリケーションの導入に伴い、データセンター ネットワークのアクセス レイヤでは 10 Gbps、アグリゲーション レイヤでは 40 Gbps への移行が進みつつあります。シスコでは、この移行に対応できるように Cisco Nexus® 9500 や 9300 プラットフォーム スイッチなどの、高性能かつ高密度の 10 Gbps および 40 Gbps ネットワーク デバイスを現在魅力的な価格で提供しています。ただし、40 Gbps 接続をサポートするには配線インフラストラクチャの大規模なアップグレードが必要になるため、データセンター設計者はコストの増大などの悪影響に悩まされ、データセンターにおける 40 Gbps テクノロジーの迅速な導入および移行の妨げとなる場合があります。シスコは、革新的な 40 Gbps 着脱可能クアッド小型フォーム ファクタ(QSFP)双方向(BiDi)テクノロジーによってこの問題を解決しました。現在 10 Gbps で使用している配線を 40 Gbps のデバイス接続に再利用することで、コストのかからないファイバ マイグレーションを実現します。
本文書では、40 Gbps Cisco QSFP BiDi トランシーバを紹介し、40 Gbps への移行にあたってこのトランシーバで実現できるコスト削減について説明します。

既存の 40 Gbps トランシーバの課題

QSFP SR4 や QSFP CSR4 など、QSFP フォーム ファクタの 40 Gbps 接続に対応した既存の短距離(SR)トランシーバは、トランスミッタとレシーバのセクションが独立しており、それぞれ 4 本のパラレル ファイバ ストランドがあります。40 Gbps 全二重接続では 8 本のファイバ ストランドが必要です。QSFP SR4 と QSFP CRS4 では、MPO 12 芯ファイバ(MPO-12F)コネクタを使用します。その結果、各接続で 4 本のファイバ ストランドが無駄になります。図 1 は、既存の短距離 40 Gbps QSFP ソリューションを示しています。

図 1 既存の 40 Gbps トランシーバの概念

図 1. 既存の 40 Gbps トランシーバの概念

既存の QSFP トランシーバを使用すると、2 つのデバイス間の各直接接続で 12 芯 MPO-MPO ファイバ ケーブルが必要になります。パッチ パネルとファイバ トランクを使用する構造化配線の場合、40 Gbps 接続では、デバイスとパッチ パネルとファイバ トランク内の 4 本のデュプレックス マルチモード ファイバ(MMF)間に MPO-MPO ファイバが必要になります。

現在、ほとんどのデータセンター ネットワークでは、10 Gbps 接続用に集約ファイバ インフラストラクチャを構築しています。このインフラストラクチャは LC-LC MMF によるデバイス間の直接接続をサポートしているか、または LC-LC ファイバを使用してデバイスをパッチ パネルに接続しており、各 10 Gbps 接続のファイバ トランク内に 1 本のデュプレックス MMF ファイバがあります。

40 Gbps の接続に従来の 40 Gbps トランシーバを使用する場合、LC-LC ファイバの直接接続を再利用できません。また、40 Gbps 接続の要件を満たすには、ファイバ トランク内のファイバ密度を 4 〜 6 倍にする必要があります。このような特性により、既存のデータセンターで 10 Gbps 接続から 40 Gbps 接続に移行しようとするとコストがかかります。

Cisco 40 Gbps QSFP BiDi を使用したソリューション

Cisco QSFP BiDi トランシーバは、LC コネクタ付きの 1 本のデュプレックス MMF ケーブルを使用して 40 Gbps 全二重トラフィック転送機能を実現することで、ファイバ インフラストラクチャの課題を解決します。つまり Cisco QSFP BiDi トランシーバを使用すると、40 Gbps 接続に既存の直接接続型 10 Gbps ファイバと既存のファイバ トランクを再利用できるため、ファイバを追加する必要がなくなります。

Cisco QSFP BiDi トランシーバ(QSFP-40G-SR-BD)は短距離用の光トランシーバで、OM3 または OM4 MMF を使用した 40 Gbps 全二重通信を実現します。この製品は MSA に準拠しています。図 2 は、Cisco QSFP BiDi トランシーバを示しています。

図 2 Cisco QSFP BiDi トランシーバ(QSFP-40G-SR-BD)

図 2. Cisco QSFP BiDi トランシーバ(QSFP-40G-SR-BD)

Cisco QSFP BiDi トランシーバには 2 つの 20 Gbps チャネルがあり、それぞれ 1 本の MMF ストランドを介して 2 つの波長で同時に送受信できます。その結果、2 本の MMF ストランドからなるデュプレックス ファイバを使用した 40 Gbps 全二重集約リンクを実現しています。Cisco QSFP BiDi はデュプレックス LC コネクタを使用しています。この接続では OM3 MMF で 100 m、OM4 MMF で 125 m の伝送が可能です。Cisco QSFP BiDi トランシーバのシスコ製品番号は QSFP-40G-SR-BD です。図 3 は、Cisco QSFP BiDi トランシーバ テクノロジーの概念を示しています。Cisco Nexus® 9000 シリーズ スイッチなど、40 ギガビット イーサネット インターフェイスをサポートするシスコ製品は、QSFP BiDi トランシーバをサポートしています。サポート対象製品の詳細な一覧については、Cisco 40 ギガビット光トランシーバ製品のページを参照してください。http://www.cisco.com/en/US/products/ps11708/index.html

図 3 QSFP BiDi トランシーバの概念

図 3. QSFP BiDi トランシーバの概念

10 Gbps から 40 Gbps への移行時に Cisco QSFP BiDi でコスト削減

このセクションではケース スタディを通して、データセンター ネットワークで 40 Gbps 接続に Cisco QSFP BiDi を採用すると具体的にどれだけコストを削減できるのかを説明します。このケース スタディでは、既存の 10 Gbps の配線フットプリントを 40 Gbps インフラストラクチャに移行および拡張する際に、Cisco QSFP BiDi テクノロジーによってどのようにコスト面の障壁を取り払い、データセンター ネットワークでより高いデータ レートを実現できるのかを説明します。

ケース スタディ 1:非構造化配線を使用した 288 個の 40 Gbps 接続

非構造化配線システムでは、デバイスはファイバ ケーブルで直接接続されます。この直接接続設計は、データセンター ネットワークで短距離のデバイス接続に使用できます。図 4 に示すように、両端に QSFP SR4 または QSFP BiDi トランシーバを接続した MMF ケーブルを使用することで、2 つの 40 Gbps デバイスを直接接続できます。

図 4 40 Gbps の直接接続

図 4. 40 Gbps の直接接続

QSFP SR4 トランシーバは MPO-12F コネクタを使用し、Cisco QSFP BiDi は LC コネクタを使用します。既存の 10 Gbps 接続では一般に、MMF ケーブルと LC コネクタを使用しています。したがって、QSFP SR4 トランシーバを使用するとコネクタの種類が異なるため、既存の 10 Gbps MMF ケーブルを再利用できません。Cisco QSFP BiDi を使用するとケーブルを再利用できるため、10 Gbps 直接接続から 40 Gbps 直接接続に移行する際にケーブルのコストが発生しません。

表 1 は、既存の 288 個の直接接続を移行する際のコストと節約額を示しています。既存の 288 個の 10 Gbps 接続を 40 Gbps 接続に移行する際、Cisco QSFP BiDi を使用すれば新しいケーブルのコストは発生しません。QSFP SR4 トランシーバと比較すると、Cisco QSFP BiDi はコストを 100 % 削減し、40 Gbps ポートあたり最大 290 ドル節約できます。

表 1. 既存の直接接続ケーブルを使用した 10 Gbps から 40 Gbps への移行

ファイバ ケーブルのコスト* 30 m 60 m 100 m
QSFP SR4(12 芯ファイバ コネクタ X 288)(米ドル) 32,058 ドル 53,562 ドル 83,412 ドル
Cisco QSFP BiDi(2 芯ファイバ コネクタ X 288)(米ドル) 0 ドル 0 ドル 0 ドル
節約額(米ドル) 32,058 ドル 53,562 ドル 83,412 ドル
40 Gbps ポートあたりの節約額(米ドル) 111 ドル 186 ドル 290 ドル
コスト削減率(米ドル) 100 % 100 % 100 %

* この例は実際のケーブル コストの見積もりに基づいています。これにはトランシーバのコストは含まれていません。

データセンターの移行または拡張のため、既存の配線インフラストラクチャに加えて新たに 288 個の 40 Gbps 直接接続が必要になるケースを見てみましょう。表 2 に、QSFP SR4 トランシーバではなく Cisco QSFP BiDi を使用した場合に 288 個の新しい接続にかかるコストと節約額を示しています。Cisco QSFP BiDi は最大 77 % のコスト削減を実現し、40 Gbps ポートあたり最大 221 米ドル節約できます。

表 2. 新しい 40 Gbps 直接接続ケーブルの導入

ファイバ ケーブルのコスト* 30 m 60 m 100 m
QSFP SR4(12 芯ファイバ コネクタ X 288)(米ドル) 32,058 ドル 53,562 ドル 83,412 ドル
Cisco QSFP BiDi(2 芯ファイバ コネクタ X 288)(米ドル) 7,884 ドル 12,966 ドル 19,647 ドル
節約額(米ドル) 24,174 ドル 40,599 ドル 63,765 ドル
40 Gbps ポートあたりの節約額(米ドル) 84 ドル 141 ドル 221 ドル
コスト削減率 75 % 76 % 77 %

* この例は実際のコスト見積もりに基づいています。

ケース スタディ 2:構造化ケーブルを使用した 384 個の 40 Gbps 接続

構造化配線システムは一般に、柔軟性と拡張性に優れた配線インフラストラクチャを実現するためにデータセンター ネットワークに導入されています。構造化配線では、短いパッチ コードを使用してデバイスをパッチ パネルに接続します。次に、接続を追加できるようにファイバ トランクに接続して 1 箇所にケーブルを集約するか、またはリモート デバイスの接続先となる別のパッチ パネルに直接接続します。図 5 は、10 Gbps の構造化配線設計の簡単な例を示しています。

図 5 10 Gbps 構造化配線の簡単な例

図 5. 10 Gbps 構造化配線の簡単な例

10 Gbps の構造化配線システムを使用したデータセンターの移行では、Cisco QSFP BiDi テクノロジーを使用して既存の配線システム(パッチ ケーブル、MTP/MPO LC モジュールを搭載したパッチ パネル、ファイバ トランクなど)を 40 Gbps 接続に転用できます。これに対して、QSFP SR4 トランシーバではコネクタの種類が異なり、ファイバ トランクのサイズを 4 倍にする必要があるため、新しくパッチ ケーブルとパッチ パネルが必要です。

このケース スタディでは、リーフ レイヤ上で 1,536 個の 10 Gbps エッジ ポートを提供する、単純な非ブロック型 2 階層ファブリック設計(図 6)について説明します。スパイン レイヤは 2 台の Cisco Nexus 9508 スイッチで構成されます。対応するリーフ レイヤは 32台の Cisco Nexus 9396PX スイッチで構成され、スパインである Cisco Nexus 9508 に接続する 40 Gbps リンクが 6 つずつあります。リーフ レイヤとスパイン レイヤ間には合計で 384 個の 40 Gbps リンクがあります。

図 6 2 階層のネットワークの例

図 6. 2 階層のネットワークの例

384 個の 10 Gbps 接続を再利用してこのネットワークを構築する場合、すべての 40 Gbps リンクに Cisco QSFP BiDi トランシーバを使用すると、配線コストが別途発生することはありません。したがってこのシナリオでは、QSFP SR4 トランシーバを使用して配線システムを再構築する(新しいパッチ ケーブル、新しいパッチ パネル、既存のファイバ トランクの拡張コストなどが含まれる)場合に比べ、100 % のコスト削減を実現します。

このネットワークの配線が既存の配線システムを拡張したものであれば、MMF ケーブルと QSFP SR4 トランシーバまたは QSFP BiDi トランシーバを使用して、384 個の 40 Gbps 接続を構築できます。図 7 と 8 はそれぞれ、各オプションの設計例を示しています。表 3 と 4 は、この 2 つの設計で実際にかかるコストの見積もりを示しています。まず 40 Gbps の接続あたりのコストを計算し、次に 384 個の 40 Gbps 接続の推定コストを計算しています。表に示すとおり、Cisco QSFP BiDi を使用した設計では、QSFP SR4 トランシーバを使用する場合に比べて約 76 % のコスト削減を実現します。これは 40 Gbps の接続あたり 1,717 米ドルの節約に相当します。

図 7. QSFP SR4 トランシーバを使用した 40 Gbps 構造化配線

図 7. QSFP SR4 トランシーバを使用した 40 Gbps 構造化配線

表 3. QSFP SR4 トランシーバを使用した 40 Gbps 構造化配線インフラストラクチャのコスト

QSFP SR4 トランシーバを使用した 40 Gbps 構造化配線インフラストラクチャ
  単価(製造元の定価、米ドル) 数量 合計表示価格(製造元の定価、米ドル)
12 芯ファイバ MPO-MPO トランク ケーブル(90 m) (QSFP SR4 に必要なファイバは 8 本のみ) 1,844 ドル 0.67 1,229 ドル
12 芯ファイバ MPO-MPO トランク モジュール 525 ドル 0.67 350 ドル
12 芯ファイバ MPO ジャンパ 340 ドル 2.00 680 ドル
40 Gbps 100 m リンクあたりのファイバ価格     2,259 ドル
384 個の 40 Gbps 100 m リンクの推定ファイバ価格     867,500 ドル

図 8. QSFP BiDi トランシーバを使用した 40 Gbps 構造化配線

図 8. QSFP BiDi トランシーバを使用した 40 Gbps 構造化配線

表 4. QSFP BiDi トランシーバを使用した 40 Gbps 構造化配線インフラストラクチャのコスト

QSFP BiDi トランシーバを使用した 40 Gbps 構造化配線インフラストラクチャ
  単価(製造元の定価、米ドル) 数量 合計価格(製造元の定価、米ドル)
12 芯ファイバ MPO-MPO トランク ケーブル(90 m) (QSFP BiDi で必要なファイバは 2 本のみ) 1,844 ドル 0.17 307 ドル
12 芯ファイバ MPO-LC トランク モジュール 525 ドル 0.17 88 ドル
12 芯ファイバ LC ジャンパ 75 ドル 2.00 150 ドル
40 ギガビット イーサネット 100 m リンクあたりのファイバ価格     545 ドル
40 ギガビット イーサネット 100 m リンクあたりの推定ファイバ価格     209,300 ドル

まとめ

データセンター ネットワークを 10 Gbps 接続から 40 Gbps 接続に移行する際、Cisco QSFP BiDi テクノロジーを使用すれば 40 Gbps の配線コストがかかりません。Cisco QSFP BiDi トランシーバは他の 40 Gbps QSFP トランシーバに比べ、40 Gbps 接続において圧倒的なコスト削減とシンプル化を実現します。Cisco QSFP BiDi トランシーバを使用すると、コスト負担なしで既存の 10 Gbps 配線インフラストラクチャを 40 Gbps に移行でき、設備投資を抑えることができます。この Cisco QSFP BiDi テクノロジーを Cisco Nexus 9000 シリーズ スイッチと組み合わせることで、魅力的な価格でネットワーク デバイスを導入し、10 Gbps から 40 Gbps インフラストラクチャへの移行に適したコスト効果の高いソリューションを実現します。

詳細情報

シスコの 40 Gbps BiDi トランシーバの詳細については、
http://www.cisco.com/en/US/products/ps11708/index.html [英語] を参照してください。