談談數(shù)據(jù)中心從10G到400G變革史

數(shù)據(jù)中心應用、網(wǎng)絡和光收發(fā)器正迅速演變進化，通常使用端口分支的方式將40/100G并行光學收發(fā)器解聚為四條10/25G鏈路。分支并行光學端口對于很多應用都有利，包括創(chuàng)建大規(guī)模脊葉(Spine-and-leaf)網(wǎng)絡和推行高密度10/25G網(wǎng)絡，每一個數(shù)據(jù)中心的升級規(guī)劃時間都會因技術需求、預算、規(guī)模以及業(yè)務優(yōu)先級而不同。

數(shù)據(jù)中心變革史

現(xiàn)在的數(shù)據(jù)中心

目前許多企業(yè)數(shù)據(jù)中心的傳輸速率仍是10Gbps，傳統(tǒng)10G常采用SFP+光模塊，雙芯LC接口互聯(lián)；40G以太網(wǎng)規(guī)范要求8芯互聯(lián)，4發(fā)4收，采用12芯光纜布線解決方案，每個信道擁有4條專用發(fā)射光纖和4條專用接收光纖，中間4條光纖保持閑置。

100G以太網(wǎng)常解決方案規(guī)定使用24條光纖，分為兩個12芯陣列，一個陣列專用于發(fā)射，別一陣列專用于接收，每個陣列中間10條光纖用于傳輸流量，而兩端2條光纖閑置。

傳輸類型

在傳統(tǒng)的串行傳輸中，數(shù)據(jù)是通過一對光纖傳輸?shù)?，一條光纖發(fā)射（Tx），一條光纖接收（Rx）。在1G和10G的傳輸速度下，收發(fā)器的選擇并非至關緊要，因為所有收發(fā)器均以相同的方式和相同的波長運行。當網(wǎng)絡速度逐漸增加到40/100G時，市面上出現(xiàn)了不同（專有）的WDM技術，此后收發(fā)器的選擇開始變得更為關鍵，因為有些收發(fā)器采用兩種不同波長，而有些收發(fā)器采用四種不同波長，致使他們與IEEE批準的使用并行光學傳輸?shù)腟R4協(xié)議并不兼容。

1.并行光學傳輸

并行光學傳輸使用并行光學接口在多條光纖上同時傳輸和接受數(shù)據(jù)并通常應用于中短距離傳輸。對于并行光學傳輸，40G和100G以太網(wǎng)接口分別具有4×10G通道和4×25G通道，每個傳輸方向使用4根光纖。換句話說，對于40G應用，QSFP收發(fā)器的后端連接著4路10G電信號，而4路離散的10G光信號通過8根光纖從收發(fā)器的前端發(fā)射和接收。這種設計使得一個40G收發(fā)器既可以作為4個離散的10G鏈路使用又可以作為一個40G鏈路使用。

2. 波分復用（WDM）

波分復用（WDM）傳輸是一種使用不同波長激光在一根光纖上傳輸多個光信號的技術。該技術可使用單根光纖實現(xiàn)雙向通信，也可實現(xiàn)容量疊加。WDM通常應用于長距離傳輸，這樣布線節(jié)省的成本可以抵消一部分更加昂貴的收發(fā)器成本。

注：數(shù)據(jù)列出了截至2017年的IEEE美國電氣與電子工程師學會標準協(xié)議，僅適用于以太網(wǎng)。光纖通道和無限帶寬正在逐漸采用基于并行光學/QSFP連接的相同方法。

網(wǎng)絡現(xiàn)狀布線圖

在基于MPO連接器的布線系統(tǒng)中，從1G升級到10G、40G、100G乃至400G是非常簡單的。 先從10G開始，在兩個10G交換機間部署一根MPO主干光纜，在交換機的一端部署一個預端模塊或MPO面板連接LC跳線或MPO到LC分支跳線。

40G/100G升級

當需要升級交換機時，只需將MPO/LC模塊盒更換為MPO適配器面板，使用MPO跳線連接40G/100G交換機即可完成升級。

數(shù)據(jù)中心結構化布線設計

并行光學收發(fā)器在8根光纖上運行，因此考慮如何設計數(shù)據(jù)中心結構化布線來支持端口分支應用就變得至關重要。推薦的設計方案包括使用基于8芯的MPO光纖連接基礎架構解決方案來優(yōu)化光纖利用率和端口映射。

從圖a、b和c中可以看出，部署一個8芯MPO連接器界面的鏈路允許使用簡單的優(yōu)化解決方案將端口分解為四個LC雙工端口，以便用于10G設備端口的配線連接。

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圖a和圖b描述了結構化布線設計，此時專用布線干線網(wǎng)安裝在具有40/100G和10/25G端口的設備之間。圖a具有實用意義，當所有10/25G端口位于一個設備單元內時，圖b中的布局圖對于所需結構化布線連接機柜內不同設備端口的跳接線非常有幫助。然而，圖c為數(shù)據(jù)中心結構化布線提供了最大的靈活性，可在交叉連接點將40G(MPO)端口分解為LC雙工端口。在中心配線區(qū)進行交叉連接時，40/100G交換機分解得到的任何10/25G端口可被跳接到任何需要使用10/25G鏈路的設備。

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