數(shù)據(jù)中心變革史：10G到400G的過程演變

數(shù)據(jù)中心應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)和光收發(fā)器正迅速演變進(jìn)化，通常使用端口分支的方式將40/100G并行光學(xué)收發(fā)器解聚為四條10/25G鏈路。分支并行光學(xué)端口對(duì)于很多應(yīng)用都有利，包括創(chuàng)建大規(guī)模脊葉(Spine-and-leaf)網(wǎng)絡(luò)和推行高密度10/25G網(wǎng)絡(luò)，每一個(gè)數(shù)據(jù)中心的升級(jí)規(guī)劃時(shí)間都會(huì)因技術(shù)需求、預(yù)算、規(guī)模以及業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)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(gè)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(gè)12芯陣列，一個(gè)陣列專用于發(fā)射，別一陣列專用于接收，每個(gè)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(duì)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(guān)緊要，因?yàn)樗惺瞻l(fā)器均以相同的方式和相同的波長(zhǎng)運(yùn)行。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)速度逐漸增加到40/100G時(shí)，市面上出現(xiàn)了不同（專有）的WDM技術(shù)，此后收發(fā)器的選擇開始變得更為關(guān)鍵，因?yàn)橛行┦瞻l(fā)器采用兩種不同波長(zhǎng)，而有些收發(fā)器采用四種不同波長(zhǎng)，致使他們與IEEE批準(zhǔn)的使用并行光學(xué)傳輸?shù)腟R4協(xié)議并不兼容。

1.并行光學(xué)傳輸

并行光學(xué)傳輸使用并行光學(xué)接口在多條光纖上同時(shí)傳輸和接受數(shù)據(jù)并通常應(yīng)用于中短距離傳輸。對(duì)于并行光學(xué)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(gè)傳輸方向使用4根光纖。換句話說，對(duì)于40G應(yīng)用，QSFP收發(fā)器的后端連接著4路10G電信號(hào)，而4路離散的10G光信號(hào)通過8根光纖從收發(fā)器的前端發(fā)射和接收。這種設(shè)計(jì)使得一個(gè)40G收發(fā)器既可以作為4個(gè)離散的10G鏈路使用又可以作為一個(gè)40G鏈路使用。

2. 波分復(fù)用（WDM）

波分復(fù)用（WDM）傳輸是一種使用不同波長(zhǎng)激光在一根光纖上傳輸多個(gè)光信號(hào)的技術(shù)。該技術(shù)可使用單根光纖實(shí)現(xiàn)雙向通信，也可實(shí)現(xiàn)容量疊加。WDM通常應(yīng)用于長(zhǎng)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(guó)電氣與電子工程師學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)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(xué)/QSFP連接的相同方法。

網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀布線圖

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

40G/100G升級(jí)

當(dāng)需要升級(jí)交換機(jī)時(shí)，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(jī)即可完成升級(jí)。

數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)化布線設(shè)計(jì)

并行光學(xué)收發(fā)器在8根光纖上運(yùn)行，因此考慮如何設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)化布線來支持端口分支應(yīng)用就變得至關(guān)重要。推薦的設(shè)計(jì)方案包括使用基于8芯的MPO光纖連接基礎(chǔ)架構(gòu)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(gè)8芯MPO連接器界面的鏈路允許使用簡(jiǎn)單的優(yōu)化解決方案將端口分解為四個(gè)LC雙工端口，以便用于10G設(shè)備端口的配線連接。

圖a和圖b描述了結(jié)構(gòu)化布線設(shè)計(jì)，此時(shí)專用布線干線網(wǎng)安裝在具有40/100G和10/25G端口的設(shè)備之間。圖a具有實(shí)用意義，當(dāng)所有10/25G端口位于一個(gè)設(shè)備單元內(nèi)時(shí)，圖b中的布局圖對(duì)于所需結(jié)構(gòu)化布線連接機(jī)柜內(nèi)不同設(shè)備端口的跳接線非常有幫助。然而，圖c為數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)化布線提供了最大的靈活性，可在交叉連接點(diǎn)將40G(MPO)端口分解為L(zhǎng)C雙工端口。在中心配線區(qū)進(jìn)行交叉連接時(shí)，40/100G交換機(jī)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(shè)備。

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