光纖鏈路在數據中心中的應用 - 全文

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　　現(xiàn)在——數據中心的設備將被組織并分成各個不同的功能區(qū)域：服務器區(qū)、存儲設備區(qū)、中心交換機區(qū)、路由器和高性能的集群計算機區(qū)。這種有序的安排，對于服務要求的增長、電源及冷卻系統(tǒng)的結構化設計會有稍微的幫助。可以想象，物理的空間是很難再增加的，現(xiàn)在的結構可以比較昂貴地去支持此種非急需的需求。數據中心將會按照功能模塊劃分區(qū)域。當需要有對新增需求的投資時，這種結構不會因時間的流逝而阻礙投資的效用。

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　　促進無縫聯(lián)接

　　在此基礎架構上的互聯(lián)問題會影響到線路“互聯(lián)”的需求(或者是“串聯(lián)”)。在很早以前，數據中心的角色就是聯(lián)接到“任何地方”。很多的用戶在企業(yè)或者是廣域網中都想訪問到所有的在服務器上運行的服務，所以需要服務器都可以直接訪問到存儲的設備等。核心交換機是促進背板交換形式的聯(lián)接，但也同時意味著布線需要提供每個功能區(qū)域，每個模塊和每個核心區(qū)域之間的互聯(lián)。最大的容量，最長的布線系統(tǒng)到來了，隨著時間的增長，將會需要增加更多的線路及更快的鏈路速度。

　　傳統(tǒng)的方案，而且在設備并不是太多時，從服務器到交換機及存儲設備，會使用個別的長跳線去直接互接。在一個小的數據中心中，這是有可取之處的。它有比較低的成本而且可行。但是當設備及數據中心的應用開始增長時，這種點到點形式的直聯(lián)跳線方式會慢慢地扼殺一個數據中心。所有人都有這樣的經驗，隨著時間的增長，這種如面條般的跳線會越來越多。設備的變更，增加變得越來越難以控制及管理。由于間接性的存儲損耗，個別的線路性能和可靠性開始下降。最后，可利用的線路布放空間變得擁擠及阻塞，嚴重影響到將來應用的擴展?，F(xiàn)今結構化布線的設計，開始慢慢被人們所接受。它很好地適應將來數據中心的模塊化設計思路，增加可管理性，可靠性及可測量性。然而，它同時帶來了比較高的初期建設費用及需要注意布線系統(tǒng)中因增加了更多的聯(lián)接后產生的額外的損耗。

　　當設計及建設一個結構化光纜布線系統(tǒng)時，不可避免的幾個問題是：使用那種光纜?將會有多少種的標準?對于光纜的問題，答案將會是比較清晰的：OM3(激光優(yōu)化50um的光纜)能提供比較低的系統(tǒng)總價格(光纜加上激光發(fā)射器)，能支持足夠多的設備及鏈路長度，而且?guī)捘苤С謱淼?00Gbits/sec協(xié)議。行業(yè)的OM4標準也已經發(fā)布。它本質上是一個更加高帶寬的OM3光纖，支持更長的鏈路和更多的應用。因為高速度的數據應用通常會使用現(xiàn)有鏈路的長度變短，所以必須計劃好線路的結構及未來如何升級。

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　　光纖數量的需求需要有詳細的計劃及計算。首先，考慮每個設備機柜的數據交換結構及級別，最終每一行機柜的級別，和集合的級別。其次是考慮將要使用設備的類型及密度。然而這是沒有一個簡單及容易回答的答案。基于已知設備的類型(比如是刀片式服務器)是可能設計及提供光纖在每個機柜的數量的。有二個需要考慮的要點：

　　1.確認每行機柜需要的總的光纖數量，配置一個在以后日子中可以靈活配置及更改的每個機柜的光纖使用量。

　　2.計劃好光纖線路由及互聯(lián)光纖配線箱，方便將來在每行的機柜上增加光纖。例如，處理能力從10Gbit鏈路升級到40G及100G時，意味著每個鏈路從使用2芯光纖升級到使用8或者20芯平行的光纖。

　　根據設備技術的發(fā)展，大概很難從開始就提供超前數量的光纖。但是使用靈活的光纖布線系統(tǒng)去支持將來的需求，而且在將來增加光纖數量時對于整體的布線系統(tǒng)不會產生太大的影響，是可以做到的。建議最少在每個機柜中布置24芯的光纖。對于虛擬計算，高密度刀片式服務器，集中的以太網光纖通道，10G線路等應用，每個機柜中布置48芯或者是96芯給高可用性的光纖配線箱是一個好的選擇。

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　　危險的跳線

　　最基本及必需的組件，跳線，是一種很容易管理的系統(tǒng)，但是同時它也可能是最復雜及最麻煩的東西。通常的問題都是這樣：這條跳線的另外一端在那里?如果(跳線)沒有插上會有什么壞的影響?我要如何或者是在那里才能提供新的線路?

　　一個健全的標簽及文檔系統(tǒng)，是第一重要的事情，但是大部分的跳線，特別是在高密度應用的區(qū)域，經常是出乎用戶邏輯控制之外。

　　端口密度將會因適合光纖交換機接口類型而受到限制，那些SFP光纖轉換器，并且是雙工的LC接頭，近年來已經減少了光纖接頭的體積并提高了二倍的光纖密度。相對的，那些小的標準化接頭已經把線纜的體積從3mm直徑變成了2mm甚至于更加小。但是現(xiàn)在，我們有太多的光纖跳線，它們都已經有些吃力，原因是來自于現(xiàn)場的因彎曲引起的問題越來越嚴重。幸運的是，一種新的，有彈性的，對于彎曲不敏感的光纖出現(xiàn)了，并可以很好地解決上述的問題。

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　　一個額外的方法，是使用Harness多光纖組合跳線。它可以把6條跳線大小的體積集中到一條3mm的線纜中。當更多地使用Harness跳線時，它也能很好地減少聯(lián)接到交換機接口上的跳線體積，使其更好訪問及線纜的走向很清晰，管理也更加容易。使用工業(yè)標準的MPO接頭后，在同樣體積的雙芯LC接頭情況下，一端的Harness跳線可以非常好地提高跳線的密度并減少機柜中線路互聯(lián)的使用空間。下一代的并行光路傳輸速率40G和100Gbit/sec，將會使用這種MPO結構的激光光源接口。

　　配線箱變得更加的重要

　　對于光纖配線箱的二個基本要求是：提供關鍵的光纖功能及保護互聯(lián)的光纖。通常，光纖的配線箱會占用寶貴的機柜空間，所以如果能占用更少的機柜空間是一個好的做法。然而太少的空間會影響到光纖的容易訪問及可靠性，或者是影響到光纖系統(tǒng)的組織及管理。所以這個金屬箱子實際上有一個重要的意義是：在設計時要聰明地把更多的光纖聯(lián)接點存放在內并使用更少的空間，而且不影響跳線的管理及系統(tǒng)的功能。

　　一個設計得好的光纖端接配線箱應有如下的品質。

　　?一個良好的對于每根進入配線箱中線纜進行扭力釋放的機制。其中有一個問題是牽拉光纖接頭時不注意使用光纜中的紡輪紗牽引線。 一條144芯緊套光纜，如果是在現(xiàn)場端接，需要大概0.92英寸的直徑，這將會是工廠預端系統(tǒng)線纜的2倍。

　　?確認手指能夠在面板前面方便地插撥跳線，并確認跳線已經正確地鎖緊在耦合器上。同樣的，當跳線被撥下時，將不會影響到其它的跳線。沒有比撥錯跳線或者是撥錯了正在運行的跳線更加糟糕的事情。

　　?一個清晰的，有條理和容易看到的標簽系統(tǒng)，它需要放在你的面前，而不是藏起來或者是需要打開的地方。同時它需要容易增加、刪除和更改上面的信息。一個過時的標簽比沒有任何標簽更加差。

　　?跳線的組織及管理，當光纖系統(tǒng)密度提高時，避免大量跳線的混亂狀態(tài)開始變得困難。一個好的配線箱將會提供一個直視的，有路由導向及容易管理跳線變更的功能，這都是技術人員所注重的事項。

　　正確的聯(lián)接

　　光纖接頭日益重要也是一個難題?，F(xiàn)在所有在數據中心的接頭都已經是工廠做好的，不管是光纖跳線還是端接的主干光纜。但是接頭的選擇和它的性能的關鍵是提供任意的聯(lián)接。雙芯的接頭在幾種的聯(lián)接方式(傳輸和接受)，在交叉互聯(lián)和設備接口上是很必須的。今天最常用的接頭，能提供小的體積，高密度應用的是雙芯的LC接頭。在互聯(lián)區(qū)域，那些光纖開始聚焦，更多的光纖接頭提供更高的密度?，F(xiàn)在最流行的是12芯的MPO接頭。

　　升級后的40G和100G網絡協(xié)議，現(xiàn)在我們稱為并行的連續(xù)光路協(xié)調，PMO接頭也開始變得更加詳細及成為將來的設備標準。另外一個挑戰(zhàn)是布線系統(tǒng)需要無縫地從10G升級到40G,100G，就好象某些應用會存在，但是接頭類型需要變更一樣。一個好的消息是12芯的MPO主干光纜已經變得十分流行，而且它是適應將來的變化，而不需要更換接頭，只需要管理好極性而且光纖配線箱已經為高芯數光纜做好了準備。

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　　在光鏈路的總體損耗計劃中，光纖接頭通常是其中的弱項。在網絡的協(xié)議越來越快，總體損耗的余量開始變得緊張，并開始受到控制時，接頭的損耗已經超出了線纜本身的損耗值。簡單來說，更低損耗的一對光纖接頭會更加理想。然而，對于多芯的MPO接頭，每個光纖組都是同等的重要，所以最大的損耗是已經考慮好的。

　　一個更加需要擔心和考慮的是接頭引起的傳輸模式聲噪。如果沒有理解好模式聲噪的影響，這將會不容易說明白加更多的配對接頭可以增加接頭的可接受損耗。這是一個復雜的而且現(xiàn)場難以檢測的事情。所以請確認接頭的供應商明白這個問題并且已經在實驗室里做好相關的質量評估。

　　光纖系統(tǒng)的結構

　　光纜最先大量的在室外工廠使用。布線系統(tǒng)很大程度上是取決于它的需求。當光纜開始遷移到室內使用時，總結出三個重要的光纖布線設計方向是：

　　1.光纖的最低要求芯數已經從6芯到12芯

　　2.遵循建筑物的防火要求，通常的結果是要求大量線纜的外套是要低煙及阻燃的。

　　3.有大量短距離線纜和光纖接頭，因而需要可以直接使用的聯(lián)接方式。

　　因此，細小的光纖被做得比較大，從而方便現(xiàn)場的處理及實現(xiàn)端接。在過去的幾年中，更多的光鏈路在室內得到應用，特別是在數據中心的環(huán)境下。纖芯數量不斷增加的結果，是線纜開始變得更加粗，硬而且不好處理。所以最終用戶需要面對一個選擇，是使用一條比較大芯數的線纜還是使用幾條小芯數的容易處理的線纜?特別是有一行機柜的都是核心交換機機，需要聯(lián)接到服務器機柜的情況下，使用幾條小芯數的線纜看起來更加有吸引力，因為它可以做到光纜直接聯(lián)接各個機柜，而不是列頭柜。然而，隨著時間的推移，這樣的做法會損失了可以容易及有效管理此一行機柜配線的機會。

　　所以我們需要一個方案，是線纜既可以做到高的芯數，而又擁有象細的線纜一樣的特性。由于光纖在數據中心的應用，現(xiàn)場預端接變得更加有吸引力。在一些大的項目中，數據中心內上萬條獨立的光纜接頭難以管理的問題迎刃而解，只因為使用了現(xiàn)場預端接的即插即用系統(tǒng)。

　　使用工廠預端接光纜必須計算好長度，它需要計算值中有些余量，因為線纜需要做一些盤繞。所以小的線纜直徑及柔韌性變得很重要。小直徑的線纜可以在線槽、線管、地下及天花上存放更多的數量。它們更加輕，更加柔軟，而且轉彎半徑更加小，變得容易安裝。融合了更小，更靈活，工廠預端接的高芯數線纜變成非常有用及友好的系統(tǒng)設計工具，保留了關鍵的工廠生產線纜高適應性的設計目標。