科普：什么是400G以太网

伴随着5G，物联网的快速发展，社交媒体流量的爆炸式增长，以及从传统办公向远程办公的转变所有这些变化都伴伴随着快速增长的数据和带宽密集型应用的压力，数据中心面临容量升级

此外，有数据显示，2021年，约94%的工作负载和计算将由云数据中心处理，而传统数据中心仅处理6%云中心的带宽需求每12到15个月就会翻倍，甚至超过广域互联网的增长速度所有这些驱动因素都在推动数据中心流量的持续增长以及对高容量数据中心网络解决方案的需求

目前，100G是广泛使用的最快的以太网连接，并且仍在稳步增长但是，伴随着流量的不断增长和视频等大容量数据传输的需求，400G以太网将成为数据中心的必然趋势

什么是400G以太网。

过去几十年见证了以太网速度从1G，10/25G到40/100G的转变，以太网行业不断创新以实现更高的网络速度，如400G和800G。

400G以太网或400千兆以太网由IEEE P802.3bs任务组于2017年开发它使用与100千兆以太网大致相似的技术

400G技术发展的挑战和趋势

400G技术发展的挑战包括以下四个方面:

1:DCI连接数据显示，2019年至2023年，全球互联带宽预计将以45%的年复合增长率增长CDN的日益普及，云服务的快速发展，云之间数据传输的需求以及需要跨数据中心复制的数据量不断增加等因素，促成了DCI流量的快速增长

2:未压缩的4K/8K/16K视频新冠肺炎的疫情加速了视频作为通信手段的发展目前互联网流量80%以上是视频这意味着网络必须提供更高的带宽来传输未压缩的视频

挑战:高性能计算集群高性能计算集群在数据中心环境中快速增长，带来了巨大的扩展挑战HPC无疑将加强对400G数据中心交换能力的需求

挑战:存储和内存在存储和内存功能方面，400G数据网络对于简化数据中心采用非易失性内存的快速功能至关重要，而内存优化延迟可能会阻碍400G部署

以下技术发展解决了上述挑战:

趋势:qsfp—DDQSFP—DD技术正在解决快速增长的行业对改进高密度网络解决方案的需求QSFP—DD有史以来第一次代表了从铜缆到长距离光学设备的所有范围都可以在同一个通用外形规格中提供QSFP—DD多源协议组还发布了QSFP—DD外形的通用管理接口规范 4.0修订版

4.0版的开发是为了能够跨产品和模块使用通用代码库，它还解决了以前版本的可插拔光学管理系统的缺点CMIS还有助于确保QSFP—DD模块向后兼容所有基于QSFP的收发器，包括广泛部署的40G/100G/200G产品

伴随着400G的日益普及，QSFP—DD为数据中心市场提供了最紧凑的400G模块和最高的端口带宽密度通过全行业严格测试，QSFP—DD功能已被验证为最适合400G数据中心网络环境的高密度和高速可插拔模块

趋势:基于融合以太网的远程直接内存访问400G数据网络是加速RoCE技术在数据中心应用的关键RDMA支持零拷贝网络通过使网络适配器能够直接向或从应用存储器传输数据，不需要在应用存储器和操作系统的数据缓冲区之间复制数据RoCEv2协议还支持跨越L3边界的RDMA

由于RoCE结构，数据中心网络交换机通过直接启用显式拥塞通知来提供线路速度，从而实现性能提升此外，RCoE有助于确保低延迟，智能拥塞管理和QoS灵活性

趋势:智能网卡智能网卡的出现对400G满足数据中心新的海量带宽需求起到了关键作用目前最新的智能网卡提供两个25G/50G/100G端口或一个200G/400G端口，以太网连接带50G PAM4 SerDes功能，PCEi 4.0主机连接智能网卡的可用性是提高网络可编程性和加速应用卸载不可或缺的一部分，对提高数据中心效率至关重要

趋势:采用400G ZR/ZR+ DCI连接400G ZR是一种标准，旨在使用DWDM和高阶调制在DCI链路上传输多个400G有效载荷400G ZR+可部署80公里以上，非常适合城域应用，如5G回程流量和5G固定无线接入

本质上，400G ZR的开发是为了确保高带宽和高密度DCI可以同时实现伴随着光互连论坛的批准，400G ZR对于促进互操作性和降低400G之前DCI的成本和复杂性至关重要预计400G ZR的QSFP—DD外形规格将支持在城域应用中更多地使用路由光网络，包括DCI和分布式接入架构

哪些垂直行业在推动400G的发展。

以下关键垂直行业在推动400G需求方面发挥着重要作用:

1.通信服务提供商服务提供商在推动400G的采用方面处于领先地位战略上，通信服务提供商致力于为消费者和企业客户部署5G，从而增加整个网络的带宽需求此外，RAN/小蜂窝部署的密度需要满足其5G业务目标服务提供商正在加速采用100G/400G架构，5G建设需要将云资源移向用户，应用和设备因此，边缘计算资源必须支持全网更多的设备，每平方公里最多10万个活跃设备相比之下，4G/LTE在一平方公里内最多只能支持2000个活动设备凭借400G带宽，5G可以扩展其主流采用所需的设备和应用

2.超大规模云提供商云提供商数据中心的带宽需求大幅增长是400G采用的关键驱动因素Hyperscalers正在向50/100G网卡过渡，扩展网络可编程性，实现应用卸载，这对提高数据中心整体效率，包括降低功耗至关重要由于数据中心占全球功耗的1%至3%，超大规模企业正在大力投资以提高能效

3.大型企业大型企业正在加速采用400G技术，作为其未来三年或更长时间网络战略的一部分该策略的主要驱动力是AI/ML计算集群的广泛采用，需要50/100G I/O和400G扩展这些功能对企业至关重要

4.专业媒体网络未压缩的4K/8K/16K视频需要更多的带宽和更少的延迟来满足专业视频标准自2020年以来，视频流量激增，视频流媒体服务比最高时增长了70%以上视频应用容量和带宽的爆炸式增长超过了目前的传输能力，400G在满足视频网络的扩展和QoE需求方面变得非常重要

400G制造商思科

思科Nexus 9000系列产品支持提供全面的400G解决方案思科宣布，其Nexus系列相关400G产品将满足所有网络架构的需求，并将为网络规模较大的客户经济高效地提供高密度100G/400G支持整个系统将具有更高的灵活性

Nexus 9300和9500是新一代非模块化产品，Nexus 9000系列支持400G该系列基于思科云规模技术，推出完全后向兼容的400G光纤接口——四通道小封装热插拔——双密度端口，可将现有数据中心交换矩阵从40Gbps，100Gbps透明迁移至400Gbps凭借高度灵活的第2层和第3层可扩展性和高性能，满足虚拟数据中心和自动化云环境不断变化的需求

显卡

2022年4月，英伟达发布了新一代以太网平台Nvidia Spectrum—4该平台由英伟达Spectrum—4 switch系列，ConnectX—7智能网卡，英伟达BlueField—3 DPU和DOCA数据中心基础设施软件组成，可大幅加速大规模云原生应用

Spectrum—4号称是全球首款400Gbps端到端网络平台其单芯片交换吞吐量达到51.2Tbps，比上一代提升了4倍可以为大规模数据中心基础设施提供超高的网络性能和强大的安全性Spectrum—4支持的SN5000交换机最多可支持128个400GbE端口或64个800GbE端口Spectrum—4还优化了RoCE网络架构，并提供自适应路由和增强的拥塞控制加密带宽达到12.8Tbps，可支持硬件级MACsec和VXLANsec

新华社

2022年4月，新华三发布400G校园核心交换机H3C S10500X—GS10500X—G依托数据中心级网络技术和全新的设计理念，突破了园区交换机的性能极限S10500X—G采用新华三自主研发的云原生网络操作系统Comware具有云化，容器化，微服务的内在核心能力，可支持数百秒的业务流程和故障服务的快速恢复通过RDMA，RoCE和AI ECN技术的应用，实现了数据的高吞吐量和低延迟安全方面，S10500X—G交换机支持全端口硬件级加密技术MACSec，密钥长度可达256位，从根源上保护二层协议免受攻击，降低数据泄露和恶意网络攻击的风险

400G时代即将到来，你准备好了吗。

毫无疑问，400G以太网的发展已经成为必然。

对于制造商来说，机遇和挑战并存如今各大供应商纷纷推出400G产品从激烈的400G市场竞争中胜出并不容易但对于用户来说，伴随着400G产品的标准化，规模化，量产化，400G的建设成本会逐渐降低，用户会有更多的选择此外，伴随着25G和100G部署成本的大幅下降，无论是对400G有迫切需求的用户，还是观望的用户，无疑都是利好

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